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我院博士后武力研究成果在QSR发表,揭示晚第四纪东南极兰伯特冰川体系动力学特征及其驱动机制

时间:2021-01-05浏览:10

日前,国际著名地学杂志《第四纪科学评论》(Quaternary Science Reviews, QSR)以Late Quaternary dynamics of the Lambert Glacier-Amery Ice Shelf system, East Antarctica为题发表了我院武力博士的研究成果。

两级冰盖消长是第四纪全球海平面变化的主控因素。其中,东南极冰盖的海平面当量约为53 m。虽然在第四纪的气候背景下,整个东南极冰盖不可能完全崩塌消融,但坐落在海水里的东南极冰盖部分对于气候驱动十分敏感,成为未来全球海平面上升的潜在隐患。

兰伯特冰川—埃默里冰架体系(Lambert GlacierAmery Ice Shelf system)是东南极最大的外流冰川体系,大约15%的东南极冰盖由其排泄进入南大洋,其动力学变化代表了显著部分东南极冰盖的动力学变化。本研究使用中国第29次和30次南极考察在普里兹湾深海区采集的重力沉积物岩芯ANT29/P5-03ANT30/P1-02(图1),基于前期已有的地层学和沉积学结果和新报道的黏土矿物和冰筏碎屑组成等替代指标,首次对兰伯特冰川体系在过去52万年里轨道尺度上的动力学变化特征及其驱动机制进行了详细的研究。

 


1 A)研究区概况。饼图显示表层沉积物黏土矿物组成,根据Borchers et al. (2011)。洋流系统基于Shipboard Scientific Party (2001)ACC:南极绕极流;ADZ:南极辐散带;ASC:南极陆坡流;CoC:沿岸流;PC:普里兹海槽;PCF:普里兹海槽扇;PG:普里兹环流。插图显示南极基岩海拔(Fretwell et al., 2013)和与本研究相关的沉积物岩芯站位。EAIS:东南极冰盖;EDCEPICA Dome C 冰芯(EPICA Community Members, 2004)WAIS:西南极冰盖. 黑色虚线圈闭的区域为兰伯特冰川体系的流域。红色方形指示图(B)。(B) 兰伯特冰川体系附近地质概况,根据Mikhalsky et al. (2001), Ehrmann et al. (2003), Van Leeuwen et al. (2019)

 

结果显示,两个岩芯的黏土矿物组成和冰筏碎屑通量(丰度)高度一致。冰筏碎屑周期性地集中出现在每个冰期旋回中的间冰期向冰期过渡的阶段,显示了兰伯特冰川体系在过去52万年内与东南极其他区域,如威尔克斯地(Wilkes Land)不同的冰山排泄行为。而黏土矿物组成提供了更为详细的关于兰伯特冰川体系动力学变化的信息。端元模拟结果显示,研究站位黏土矿物的输入主要受背景沉积(EM1,高伊利石)、兰伯特冰川侵蚀陆架来源(EM2,高高岭石)和凯尔盖朗高地来源(EM3,高蒙脱石)三个端元控制(图2)。

 


2 兰伯特冰川动力学与当地沉积物黏土矿物组成关系的概念模型。(A)和(B)分别代表间冰期和冰期的情况。蓝色海底代表背景沉积EM1(高伊利石)。黄色海底代表EM2(高岭石富集)。EM2为兰伯特冰川扩张时侵蚀陆架的产物。蓝色—黄色的过渡带代表两个端元的混合。ASC:南极陆坡流;BMP:融冰羽状流;CDW:绕极深层水。

 

使用EM2/(EM1+EM2)作为兰伯特冰川进退的替代指标(图3),研究发现,兰伯特冰川在晚第四纪的动力学行为与全球冰量变化在冰期旋回尺度上一致,说明该冰川体系对海洋因素的驱动响应敏感。而在高海平面时期,该冰川的撤退与当地夏季太阳辐射的高值对应。此外,对比本次研究的记录和威尔克斯地的记录以及南极冰量体积变化模拟结果,研究发现三个记录在亚轨道尺度上的动力学行为存在差异,说明当地地理因素,特别是冰下地形对冰川动力学行为有显著影响。研究认为,东南极冰盖的动力学变化不但受到统一的气候因素的影响,不同部分的东南极冰盖的动力学行为也受到当地因素的显著调控,因此表现出相似而不同的动力学变化行为。


3全球气候背景下过去52万年兰伯特冰川动力学变化。(A) 65°S 夏季太阳辐射(Laskar et al., 2004)(B) 全球海平面记录,根据Waelbroeck et al. (2002) (蓝色) Spratt and Lisiecki (2016) (黑色). 带误差限的紫色圆点代表Batchelor et al. (2019)对海平面的估计。(C) (标准化后的)模拟南极冰体积变化时间序列,根据Pollard and DeConto (2009) (蓝色) Tigchelaar et al. (2018) (黑色)(D) P1-2 (红色) and P5-3 (蓝色)中黏土矿物 (EM2/(EM1+EM2) 比值。实线代表3点移动平均值。黑虚线代表可能的冰川着地线水深控制点的位置。(E) IODP U1361碎屑Nd同位素(εNd) (黑色) and 和当地生产力变化(XRF Ba/Al(绿色) (Wilson et al., 2018)(F) 普里兹湾生产力变化(EP stack)。(G) ODP 1090站位重建的南大洋海表温度(SST) (Martínez-Garcia et al., 2009)。黑线代表岩芯顶部记录的SST值。(H) EDC-δD (EPICA Community Members, 2004)。黑线代表冰芯顶部记录的δD. 灰色区域代表冰期,并标注氧同位素分期(Lisiecki and Raymo, 2005)。黄色区域代表间冰期中,当地夏季太阳辐射高值时间。

 

文章的第一作者为我院博士后武力博士,王汝建教授为通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金和全国博管办博士后基金(418062232018M6321584203040141776191)以及国家海洋局极地办的资助(RFSOCC2020-2022-No.16 & 17)。


全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379120307009?via%3Dihub 


撰稿:武    力

编辑:高小丰

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