北大西洋晚更新世heinrich事件的古環(huán)境意義

北大西洋晚更新世heinrich事件的古環(huán)境意義

北洋相反的主題（has）以laurenti冰蓋（ird）層為特征。有8個(gè)這樣的事件與約65000a以來(lái)格陵蘭冰心記錄的部分Dansgaard-Oeschger(D/O)事件的最冷亞冰期相對(duì)應(yīng)。判斷一個(gè)D/O事件的開(kāi)始,根據(jù)這樣一個(gè)典型特征:在僅僅幾十年的時(shí)間內(nèi)溫度突然上升了9～15℃,其后便是數(shù)千年時(shí)間的氣溫逐漸變冷。我們研究探索了Heinrich事件由于阻止了北大西洋北部的對(duì)流而減弱或停止了北大西洋深水(NADW)的形成進(jìn)而使北大西洋海流(NAC)向北縱深發(fā)展的可能性以及對(duì)高緯度熱量收支的意義。數(shù)字模擬結(jié)果表明,淡水能量足以改變NADW形成的場(chǎng)地和強(qiáng)度。過(guò)去的研究大都使用浮游有孔蟲(chóng)單種來(lái)描述HEs期間北大西洋表層變淡變泠的狀況,因此,不能詳細(xì)地評(píng)價(jià)出這些淡水對(duì)上層水團(tuán)(如混合層水、溫躍層水)的影響;然而我們使用了多種浮游有孔蟲(chóng)來(lái)說(shuō)明HEs期間整個(gè)上層水團(tuán)所發(fā)生的實(shí)際攝動(dòng)情況。Heinrich事件是通過(guò)CHN82-20巖心(43.30°N,29.52°W;水深3020m)沉積物的IRD峰值(%)、Neogloboquadrinapachyderma(左旋殼(s))(%)、浮游有孔蟲(chóng)中較輕的氧同位素進(jìn)行鑒定的。CHN82-20巖心位于IRD帶的南部邊緣,它的位置即使在末次冰盛期也在極地峰面以南,保存了冰筏的一部分記錄。在浮游有孔蟲(chóng)N.pachyderma(s)和右旋殼(d)以及Globigerinabulloides中進(jìn)行了氧同位素分析。HEs的鑒定根據(jù)是16個(gè)新發(fā)表的14CAMS年代以及VeddeAshZone的鑒定。14CAMS年代被校正成距今日歷年(calaBP)的形式。全新世期間沉積速率的變化范圍為2.15～4.5cm/ka。在35～44.5cm和74.25～80cm之間的6個(gè)14CAMS年代表明,HE0、HE1期間的沉積速率分別高達(dá)20和28cm/ka,海洋同位素期(MIS)平均沉積速率約5cm/ka。HE1、HE4、HE5的鑒別標(biāo)準(zhǔn)是%IRD、%N.pachyderma(s)增加,浮游有孔蟲(chóng)總含量減少,浮游有孔蟲(chóng)的δ18O較輕;HE0的鑒別標(biāo)準(zhǔn)是有孔蟲(chóng)含量減少,%N.pachyderma(s)增加,浮游有孔蟲(chóng)的δ18O較輕。HE0中缺失IRD表明,局限在北緯地區(qū)有一個(gè)平緩的冰筏事件。HE2的鑒別標(biāo)準(zhǔn)是%IRD輕微增加和有孔蟲(chóng)含量較低;HE3的定義性較差,但是,有孔蟲(chóng)含量低、%IRD單峰和N.pachyderma(d)的較輕δ18O使我們發(fā)現(xiàn)了它的存在;HE4開(kāi)始時(shí)期具有定義鮮明的%IRD和%N.pachyderma(s)峰,在后面的時(shí)期%IRD峰趨于平緩(別處的IRD地層也觀察到這種現(xiàn)象);HE5有兩個(gè)IRD和%N.pachyderma(s)峰,H4、H5底部的IRD峰主要由碎屑碳酸鹽組成,而晚期的IRD峰為不同成因碎屑顆粒的混合物。在巖心站位區(qū),G.bulloides被鑒別為通常在水深0～30m之間發(fā)現(xiàn)的混合層中的物種。G.bulloides的分布與北大西洋的春季興盛有關(guān)。N.pachyderma(d)生活在稍大一些的水深環(huán)境(約30～100m之間);N.pachyderma(s)是一種深水種,通常發(fā)現(xiàn)于極地至亞極地環(huán)境中約100～250m的水深范圍(如在上部溫躍層)。上部水團(tuán)在全新世的分層現(xiàn)象由這些不同的有孔蟲(chóng)種的δ18O離散值表現(xiàn)出來(lái)。我們的氧同位素?cái)?shù)據(jù)表明,G.bulloides的δ18O值最輕,而N.pachyderma(s)相應(yīng)地表現(xiàn)出富δ18O值,N.pachyderma(d)的值介于中間位置。然而,在N.pachyderma(s和d)及G.bulloides中測(cè)到了δ18O聚合值,對(duì)應(yīng)于HE0、HE1、HE4,表明在HEs期間所有3種浮游有孔蟲(chóng)是在相同的水文條件(即表層水溫度和δ18O)下發(fā)生的鈣化。HE0與其他的HEs稍稍不同,其δ18O值在N.pachyderma(s和d)方面體現(xiàn)較輕,而在G.bulloides方面比較富集。與此相反,在非Heinrich期間,浮游有孔蟲(chóng)種明顯的δ18O離散狀況表明在巖心站位已形成了近表層水的分層。在HEs期間,浮游有孔蟲(chóng)的反應(yīng)并非都是均勻的。例如,在HE5期間,N.pachyderma(d)和G.bulloides表現(xiàn)出相同的δ18O值,而N.pachyderma(s)的δ18O值較重;在HE3期間,N.pachyderma(s和d)都表現(xiàn)出較輕的值,而G.bulloides的δ18O值與前HE3的值相同;在HE2期間,浮游有孔蟲(chóng)中沒(méi)有記錄下較輕的δ18O值。這些數(shù)據(jù)表明HE0、HE1、HE4期間上部水層發(fā)生強(qiáng)烈的混合,上部250m水層形成均一化狀態(tài)(盡管融化的冰山不斷地輸入淡水)。HE4中較早的IRD峰早于N.pachyderma(s)、N.pachyderma(d)和G.bulloides具有相似δ18O值的時(shí)期(那時(shí)IRD峰要低一些)。我們也鑒別出了4個(gè)次要的IRD事件(事件a至d),事件中的各種浮游種表現(xiàn)出相同的及不相同的δ18O值發(fā)生混合。例如,在IRD事件d中,G.bulloides、N.pachyderma(d)的δ18O值相同,但是N.pachyderma(s)的值比較豐富。這種浮游有孔蟲(chóng)之間δ18O值缺乏聚合的現(xiàn)象說(shuō)明與HEs相比在次要IRD事件期間δ18O值混合只限制于最上部水層。此外,與MIS2時(shí)期相比,在19與35kaBP以及在38.5與48.2kaBP之間上部水團(tuán)的混合情況不佳。在27.5和44kaBP之間G.bulloides與N.pachyderma(d)相比其δ18O值比較豐富,說(shuō)明溫躍層的通風(fēng)狀況提高了。其結(jié)果是,在亞極地生活的G.bulloides被運(yùn)移至巖心站位并在此沉積下來(lái)。已發(fā)表的IRD西北邊緣CH69-K09巖心的數(shù)據(jù)組為均勻的水團(tuán)條件提供了相似的證據(jù)。沿著該巖心的G.bulloides和N.pachyderma(s)的δ18O值在HEs1—4和H5a中是相同的,說(shuō)明在CHN82-20的HEs中的這個(gè)不完整的均勻性近表層水的證據(jù)可能反映其位置是在IRD帶的南部邊緣。據(jù)我們所知,現(xiàn)在還沒(méi)有北大西洋HEs期間和其他時(shí)段多種浮游有孔蟲(chóng)的其他的記錄(除了Peck等最近在愛(ài)爾蘭邊緣進(jìn)行過(guò)一次研究)。筆者記錄下了LGM期間N.pachyderma(s)和G.bulloides有相同的δ18O值,歸因于不斷有來(lái)自英國(guó)冰蓋的融水輸入,一年到頭進(jìn)行著混合作用,使上部水層出現(xiàn)均勻狀態(tài)。有幾種過(guò)程能夠?qū)е掠锌紫x(chóng)δ18O值的變化性。Ganssen和Kroon解釋了這種值的季節(jié)變化性,以此來(lái)說(shuō)明為什么在57°N的現(xiàn)代北大西洋G.bulloides的δ18O值比G.inflata的值更強(qiáng),這要?dú)w因于G.bulloides的生產(chǎn)季節(jié)期較晚,位置偏南。HEs期間有孔蟲(chóng)均勻的δ18O值如果不是上部水團(tuán)均勻條件的結(jié)果的話,那么產(chǎn)生這些均勻值就得需要適宜的水深——產(chǎn)地出現(xiàn)生態(tài)變化或季節(jié)性行為變化,而這些變化是不太可能的。在較高緯度地區(qū)由鹵水外排導(dǎo)致的貧δ18O水的上涌可能會(huì)影響深水有孔蟲(chóng)的δ18O值;然而,很難想象這會(huì)影響所有3個(gè)種類的δ18O值。如果溫度沒(méi)有降低約2.5℃,則不可能在維持相同的等密度面的情況下使鹽度降低0.8‰以及進(jìn)或使δ18O降低0.5‰(這個(gè)等密度面本身與方解石δ18O值增加0.5‰相對(duì)應(yīng))。由于這些效應(yīng)相互抵消,所以這樣一種機(jī)制不適合解釋所有3種浮游有孔蟲(chóng)的δ18O異常低值。HEs期間混合層增強(qiáng)的垂向混合和加深作用可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。大氣條件通過(guò)湍流直接影響著混合層,而風(fēng)驅(qū)蘭米爾(Langmuir)環(huán)流可能是這種環(huán)流的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制,因此,上部海水的混合程度良好,經(jīng)常可達(dá)600m的深度。我們獲得的生活在各種不同深度的浮游有孔蟲(chóng)的δ18O數(shù)據(jù)說(shuō)明了這種過(guò)程的范圍,表明在HEs期間近表層水通過(guò)較強(qiáng)的混合作用是很均勻的。在末次冰期旋回期間,北半球的巨大冰蓋和較陡峭的大氣經(jīng)向溫度梯度肯定組織過(guò)大氣環(huán)流事件,因此,冬季海冰蓋層進(jìn)一步向南延伸,冰川風(fēng)的力度較強(qiáng)且更具地帶性。這些風(fēng)很有可能增強(qiáng)了上部水團(tuán)的垂向混合作用和湍流的形成。我們并不能直觀地目測(cè)到在HEs期間冰期北大西洋融水充溢產(chǎn)生較強(qiáng)的分層現(xiàn)象時(shí)有這樣一種機(jī)制,但是我們的δ18O數(shù)據(jù)表明上部水團(tuán)的確出現(xiàn)了均勻現(xiàn)象,說(shuō)明這種機(jī)制是在巖心站位地區(qū)發(fā)生作用的。對(duì)格陵蘭冰心中海鹽、陸塵的Ca+2、Na+離子進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了有這種機(jī)制的存在。冰心中的Ca+2、Na+離子都表現(xiàn)出它們?cè)趤啽谝蟠蟪^(guò)周?chē)h(huán)境的濃度。這些化學(xué)種數(shù)量的快速、數(shù)倍增加表明冰期的風(fēng)暴