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上海交大海洋学院教师董良最新研究成果为重新审视二氧化碳升高造成的现实影响提供新启示

  2020年10月9日,Nature Index收录期刊之一,美国地球物理联合会(American Geophysical Union)旗舰刊物《Geophysical Research Letters》在线发表海洋学院董良博士与合作者的研究论文《CO2‐Induced Decoupling of Tropical Surface and Thermocline Water Temperature at the Onset of Interglacial》。董良博士为第一作者,上海交通大学为第一单位。文章提出大气CO2与全球季风是驱动间冰期低纬热带海区表层-次表层海水温度解耦的重要因素,为我们重新审视CO2升高造成的现实影响与意义提供了新的视角与启示。

  《Geophysical Research Letters》,简称GRL,是地球物理学领域的国际顶级期刊,2019年影响因子为4.740。

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  尽管来自于外部的太阳辐射强迫是驱动地球气候系统变化的根本动力,然而包括CO2、季风在内的地球自我调节因子同样具有重要作用。但是,由于长时间尺度器测环境参数(如海水温度)的匮乏,人类只能依赖深海沉积物等地质档案进行追踪。地球上的生物,如浮游植物,或微生物,如氨氧化古菌的细胞膜脂会对温度等环境参数产生敏感响应,并通过调整其化学结构来应对环境的变化(如长链不饱和烯酮中不饱和键的个数或甘油二烷基甘油四醚膜脂的环化率),地球化学家利用这一原理建立了灵敏的地质温度计,如UK’37 与 TEX86,两者可以分别用于重建表层与次表层海水的温度。

  本研究正是利用这两种指标,在南中国海南部获取了长度超过50米的柱状岩芯,重建了过去50万年以来六个冰期-间冰期旋回表层及次表层海水温度的变化。研究发现,在几乎所有的间冰期,表层海水温度(T0-30m)均处于平台期或出现上升趋势,而次表层海水温度(TWT75m)却跟随太阳辐射量出现下降趋势(图1)。通过对比现代过程季风、太阳辐射量、热通量等因素,研究提出表层海水温度在间冰期的平台期或上升趋势主要与CO2在间冰期伊始的“超调”(CO2 overshoot,即CO2在冰期终止期末期并没有立即开始减少,而是出现短时间20-30ppm的继续上升)现象有关,而CO2的“超调”则可能主要由大西洋经向翻转环流(AMOC)在冰期终止期末期的完全恢复有关;次表层海水温度的下降则主要受控于全球季风的减弱导致的热带表层向次表层的热传输效率的减弱(图2)。

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图1 南中国海南部沉积柱MD01-2392记录的过去50万年六个间冰期表层、次表层海水温度记录,以及CO2、太阳辐射量(蓝色虚线为10°N8月份太阳辐射量,红色虚线为10°N年平均太阳辐射量)等的变化图

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图2 CO2与季风驱动的热带表层与次表层海水温度解耦机制图(Deglacial:冰期终止期,即冰消期;Interglacial:间冰期,即暖期)

  同时,研究发现这一现象不仅发生在南中国海热带海区,在印度洋、大西洋、太平洋的热带海区的过去两个间冰期不同指标重建结果也都有发生(图3)。已有的一些观点认为次表层海水温度变化是受到了较高纬度源区海水的影响,但忽视了现代海洋学研究所解释的一个现象,即上层海水温度的垂向热传输变化对次表层海水温度变化具有重要影响。总之,在全球变暖等气候问题日益受到关注的当下,该研究结果为理解地球气候系统的内部调节提供了新的线索。

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图3 已发表的近两个间冰期不同指标记录的热带海区表层、次表层海水温度记录(实线为表层海水温度,虚线为次表层海水温度)

  本文第一作者为上海交通大学海洋学院助理研究员董良博士,通讯作者为同济大学贾国东教授与中科院南海海洋研究所杜岩研究员,合作者还包括兰州大学张旭教授、同济大学李丽教授与李前裕教授。该项目得到了国家重点研发计划(2016YF0601104)、中国大洋矿产资源研究开发协会重点项目(DY135-B2-12)以及“科学”号高端用户项目(KEXUE2019GZ06)等研究计划的资助。

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  董良,上海交通大学海洋学院/深部生命国际研究中心,助理研究员,博士生导师。2012年硕士毕业于同济大学海洋生物学专业;2015年博士毕业于同济大学海洋地质学专业,期间于2014-2015年在美国布朗大学黄永松教授课题组访学半年;2015-2018年于同济大学海洋与地球科学学院贾国东教授课题组从事博士后研究;2018-2019年供职于上海交通大学生命科学技术学院;2020年初正式加入上海交通大学海洋学院。研究领域包括古海洋与古环境、有机地球化学和深部生物圈,目前已经在EPSL, GRL, GCA, CG等期刊发表SCI论文16篇。

  论文链接http://dx.doi.org/10.1029/2020GL088805

谢安琪
海洋学院
       

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