Brother8的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/Brother8

博文

轻松读懂海洋(24)区域气候变化—新仙女木冷事件 精选

已有 7681 次阅读 2022-3-5 09:36 |系统分类:科普集锦

21-8ka,全球气候从冰期逐渐过渡到间冰期(全新世Holocene),这个转换期叫做冰消期(Deglaciation)。冰消期不是一个单调的冰雪消融,温度持续上升的过程,而是叠加了一系列二级的升温和降温事件。其中一个非常著名的短暂降温事件叫新仙女木事件(Younger Dryas,简称YD事件,12.9-11.7ka),北大西洋区气候突然变冷,并持续了1200多年。这次事件对于地球气候系统来说,是非常不起眼的一次,比D-O旋回和Henrich事件要低一个级别。但是,这个时间正是人类要走出冰河时代,向温暖的全新世进发的关键时间节点。突然在短时间内,北半球大幅度降温,对整个生态系统来说至关重要,乃至于一些物种,如猛犸象、剑齿虎等都没熬过这次事件,灭绝了。亏得人类比这些动物聪明,可以用火取暖,哆哆嗦嗦熬过了千年寒冬,然后人类文明开始高歌猛进,用了不到万年的时间,就完全改变了世界的模样。

我第一次听到新仙女木事件的时候,第一印象就想起来仙女星系,当然这二者没有直接联系。Dryas是仙女木属,种常绿矮小亚灌木,高约10厘米,可生活在贫瘠寒苦的苔原地区。在这样寒苦的环境下,类似于仙女木这样的植物如何御寒?

细细数来,仙女木预寒的机制还真是不少,比如降低高度,贴近地面,抗风又保暖;叶子坚硬,披上毛绒外衣御寒;深度睡眠,减少消耗,挨过寒冬;控制水份,调节成分,避免冻死。所以说,仙女木是一种进化得很完美的抗寒之物。就是这样一种喜寒植物,科学家居然在11-12万年前的北大西洋地层中发现它们的存在痕迹。说明在那个时候,北大西洋地区也变得极其寒冷,并持续了近千年。于是,科学家就把这一事件叫做新仙女木事件,以区别于之前的老仙女木事件。

一般情况下,北欧这种突然变冷的事件,都和AMOC减弱有关。最直接的原因就是北大西洋北输入了大量的淡水,AMOC被暂时打断。南半球的热量无法被传输过来,于是北欧地区快速降温,海冰和冰川发育。

淡水的d18O偏负,因此,YD时期北大西洋沉积物记录的d18O也偏负,很容易被识别。但是,到底是何种来源的淡水输入到北大西洋?

目前科学家倾向于三种来源。第一种是冰盖消退时,在北美会留下很大的冰川淡水湖。如果湖坝崩塌,淡水就会顺着密北美河流输入到北大西洋。在墨西哥打一个钻孔,就可以得到证实在YD期间,海洋沉积物记录了一个很偏负的d18O异常。

第二种就是北美的劳伦太德(Laurentide Ice SheetLIS)冰盖南端的冰塌现象,这个和Henrich事件有点类似。

第三种就是北极的海冰,这也是一个不可忽略的淡水来源。研究表明,加拿大北部的阿蒙森湾就是一个北极淡水注入大西洋的重要通道。在YD早期,在几百年内,加南大北部的冰盖后撤了~250km,差不多每年1km。在加拿大北部的博福特海沉积物中也记录了这以偏负的d18O事件,淡水也从Mackenzie河流注入博福特海。

YD是一个区域降温事件,其影响范围以北半球大西洋区为主,向南逐渐变弱。从地质记录来看,北大西洋区和北半球低纬区记录的YD,比如,在东亚赤道地区,YD的起始和结束时间与北大西洋区的同步,但是其变化特征更加平缓,与北大西洋区的快速反应差别很大。可见,YD事件与两半球的Bipolar-Seesaw不完全同,它会造成很大的径向气候不均一性。比如,北美的东北部受北大西洋气温骤降的影响,也会降温。但是,在北美中部温度下降幅度就偏小。在弗罗里达,温度甚至会上升。在北美东南部,气候会保持相对稳定。

YD开始以后,北大西洋区SST迅速降低,海冰快速扩展,AMOC减弱。在加勒比海海区,SST也快速随之下降,于是出现快速降温和快速增温的模式。YD促使ITCZ向南引动,使得西非和卡利亚科盆地(加勒比海靠近委内瑞拉海岸线)的降雨减少,北半球热带的北部地区变得相对干旱。东亚夏季风减弱,西太平洋赤道地区的盐度有增强的趋势。

在印太低纬区,其温度变化变化受控半球尺度的遥相关,需要更长的时间进行调节。在YD的结束阶段,除了AMOC增强,大背景下的夏季日照量增强和CO2的增加,也对印度-太平洋区的降雨起到调节作用。可见,YD起始和结束时,地球的气候边界调节已经不一样了。所以把YD分为两个阶段来论述模式非常合理的。可见,对于这种千年的变化,尤其是在气候转型期,比如太阳日照量快速变化时期,气候边界条件的大幅度改变,在研究中必须要注意。

YD期间,热带大西洋区是一个重要的纽带,链接着北大西洋AMOC和印台地区夏季风北部地区的降雨变化。YD发生后,在北半球的夏季,由于ITCZ南移以及气候影响范围的扩散,降雨减小的区域会逐渐从大西洋热带北部气度逐渐扩展到东太平洋的热带区。

气候体系牵一发动全身,ITCZ南移,中美洲地区的东北信风就加强,东北热带太平洋区的SST降低,降雨也会减少。随后Walker环流和Hadley环流重新调节,西太地区也开始出现降雨减少的情况,比如中国东部、菲律宾、以及南海地区在YD期间降雨就减少。相对应,南半球热带区的降雨由于ITCZ的临近而增加。但是在北半球冬季,印太热带南部地区的降雨反而会增加。

这种季节变化造成一种很奇特的现象。如果我们研究的参数对夏季降雨灵敏,就显示干旱的趋势;如果对冬季气候敏感,就显示更加湿润。如果是全年平均的结果(比如降水和海水盐度),那就是没怎么变化。这在高精度气候研究中尤其值得注意,不然会得出完全相反的结论。

如果与H1事件相比,YD的影响主要在浅层水域,虽然AMOC减弱,NADW的生成量减少,AABW短暂入侵北大西洋,但是NADW在深海的活动还在持续。因此,YD事件的恢复事件也比H1要短很多。

YD期间,大洋环流改变,也改变了海洋和大气的交换。比如,大气中14C12C的比值在YD开始的时候,竟然升高50%,显然这并不某种巧合,而是与AMOC渐弱密切相关。

上面讨论的都是在海水表面和深海的情形。在YD期间,次表层水的行为如何?

要想研究特定深度的海水温度,我们需要选取特定的有孔虫。在热带北大西洋区,G. crassaformis一般生活在温跃层的底部,是研究该区次表层水的良好介质。地质记录中显示,YD刚开始(13ka),AMOC减弱时,北大西洋热带区的次表层的温度反而增加,并达到峰值。在AMOC时期,次表层水与北大西洋气候系统紧密相连。次表层水的热量从哪里来?表层大气和表层水在降温,不可能是热量来源。深层水的贡献也可以忽略。那么,一个重要的思路就是从侧面而来的热的次表层水,也就是水平方向的交换。

我们仔细观察现今大西洋的海水温度分布,发现在北纬10°左右,有一个温度锋面。北边和加勒比海的温度高,南边低一些。当AMOC很强时,其西边界流会阻挡加勒比海的次表层热水外溢,当AMOC降低时,则会有热水向东和南运移,造成北大西洋热带区的次表层的温度增加,这类似于一个地质开关。

如果上述机制很灵敏的话,那么20世纪以来的精确观测表明,在过去几十年的热带北大西洋区,表层水在降温,而次表层水(尤其是300-600米,最为敏感)则升温,明显具有反相关关系,是否是AMOC减弱造成的?

这到底暗示着什么呢?

是不是将来会出现一次和YD类似的气候突发冷事件?

这非常值得关注。




https://blog.sciencenet.cn/blog-1057014-1328109.html

上一篇:轻松读懂海洋(23)区域气候变化—第四纪以来印度季风天文轨道周期演化
下一篇:轻松读懂海洋(25)全新世-综合篇
收藏 IP: 110.65.147.*| 热度|

9 罗春元 陆仲绩 孙颉 杨正瓴 史晓雷 吕建华 黄永义 周浙昆 苏德辰

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-3-29 01:28

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部