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地环所在揭示末次冰盛期中高纬粉尘堆积不同步的机制方面取得新进展
2021-03-09| 编辑: | 【 】【打印】【关闭

  中纬度亚洲内陆地区气候干旱,沙尘暴频发,是全球大气粉尘的主要源区。这些进入到大气中的粉尘,可以直接反射和散射太阳光的辐射,影响区域的气候,同时通过高空西风环流传输到北太平洋地区,为大洋海表植物提供大量的营养元素,调节全球的碳循环。粉尘对于全球气候有着非常重要的影响,了解粉尘的释放和传输机制对于预测未来气候变化具有重要意义。

  最近地球环境研究所中亚黄土组基于中亚和黄土高原黄土沉积(图1的释光年代学数据,重建了30 ka(千年)到10 ka期间粉尘沉积速率的变化历史,发现MIS2阶段中亚和黄土高原地区黄土沉积速率的变化模式基本一致,主要受控于西伯利亚高压强度的变化。在末次盛冰期(LGM)时期(26-19 ka),中亚和黄土高原、高纬北太平洋和格陵兰粉尘堆积表现出了不同步变化,即中亚和黄土高原黄土沉积速率的极大值出现在晚LGM时期(23-19 ka),而格陵兰和北太平地区粉尘沉积速率的极大值出现在早LGM时期(26-23 ka)。从地球轨道参数(地轴倾角和岁差)角度,结合数值模拟提出了一种新的机制来解释了中高纬度粉尘堆积不一致的现象。
  

1 黄土高原和中亚黄土剖面分布以及现代西伯利亚高压的范围,亚洲粉尘源区与沉积区太平洋和格陵兰位置关系

  该项目研究发现中亚和黄土高原的粉尘堆积强度,与一些指示西伯利亚高压强度的指标和岁差的变化模式一致(图2左),而高纬格陵兰和太平洋粉尘堆积强度,与一些指示西风环流强度的指标和倾角的变化模式一致(图2右)。考虑到倾角对中高纬的太阳辐射梯度(西风)有着显著的影响,进而提出地轴倾角的变化可能导致了两个时期西风环流强度的差异,从而造成了中高纬粉尘堆积不同步的现象。而岁差通过调节北半球夏季太阳辐射和北半球冰量,从而控制着西伯利亚高压强度以及源区粉尘的释放。数值模拟结果表明了21 ka的冬季西伯利亚高压要强于26 ka,夏季西风则要弱于26 ka,这与我们的推论是一致的。进一步将中亚和格陵兰末次冰期的粉尘堆积与岁差、倾角进行对比,发现格陵兰粉尘堆积的最大值既没有出现在倾角的最小值时期,也没有出现在岁差的最大值时期,而是出现在二者极值中间,中亚地区的粉尘则与岁差的变化模式十分相似,说明高纬粉尘的堆积可能同时受控于岁差主控的西伯利亚高压强度和倾角主控的西风环流强度。本研究集成了大量已发表的年代数据,首次从地球轨道参数的角度解释了中高纬粉尘堆积的不同步变化的现象,对了解粉尘的释放和远距离传输机制,以及科学预估未来干旱区沙尘暴变化趋势具有重要意义。

   

  2 中亚和黄土高原粉尘堆积与西伯利亚高压指标和岁差的对比(左)、太平洋和格陵兰粉尘堆积与西风指标和倾角的对比(右)

  该成果发表于国际期刊《Geophysical Research Letters》上。程良清博士为第一作者,宋友桂研究员为通讯作者。本研究受中国科学院战略性先导科技专项(B类)“关键地史时期生物与环境演变过程及其机制”(No: XDB26000000)和第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0101)等联合资助。

  Cheng Liangqing, Song Yougui*, Wu Yubin, Liu Yonggang, Liu Huifang, Chang Hong, Zong Xiulan, Kang Shugang, 2021. Drivers for Asynchronous Patterns of Dust Accumulation in Central and Eastern Asia and in Greenland During the Last Glacial Maximum. Geophysical Research Letters, 48(5): e2020GL091194. https://doi.org/10.1029/2020GL091194.

  论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL091194


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