从南海看第四纪大洋碳储库的长周期循环

近年来, 长尺度、高分辨率的深海和冰芯记录为第四纪研究提供了新机遇。古气候研究不再局限于单个的冰期旋回, 而是延伸到跨越多个冰期的长时间过程(≥ 105年)。1999年大洋钻探184航次在南海所得保存良好的沉积层中, 发现更新世稳定碳同位素(δ13C)有3个105年尺度的长周期, 属于全球大洋的普遍现象。随后的研究还证实水循环(冰盖变化)和碳循环(生物地球化学变化)中都有这种为期105年的长期过程, 进而提出了这两种过程是否相关的问题。研究表明, δ13C和其他生物地球化学地质记录中普遍存在长偏心率周期。第四纪之前海洋δ13C序列中的40万年旋回, 可以用"溶解有机碳假说"来解释:季风控制的营养物质输送, 改变着海水中颗粒有机碳和溶解有机碳的比例(POC/DOC), 进而引起δ13C的40万年周期变化。然而, 1.6Ma前的大洋改组将南大洋深水层隔离开来, 使得海洋δ13C的40万年长偏心率信号变得模糊。近百万年来, 地球气候系统经历了两次大改组, 一次是大约90万年前的"中更新世革命"(MPT), 一次是约40万年前的"中布容事件"(MBE)。而在MPT和MBE事件之前都发生过碳同位素的重值事件(δ13Cmax), 分别为约100万年前的δ13Cmax-Ⅲ和50万年前的δ13Cmax-II。如果将相应冰期旋回上类似的水文气候现象联系起来考虑, 可以看出无论水文还是生物地球化学的事件, 在很大程度上都是由南大洋的海洋变化所驱动的。因此我们认为, 起源于南大洋的生物地球化学长周期过程, 在第四纪冰盖的消长变化中起着关键作用。