海洋所与法国多家科研单位合作研究北印度洋Nd同位素循环取得重要进展

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时间:2018-08-24  来源:海洋地质与环境重点实验室文本大小:【 |  | 】  【打印

  近日,国际地学刊物Earth and Planetary Science Letters(中科院JCR 1区,Top 5)在线发表了中科院海洋所于兆杰副研究员(第一作者/通讯作者)、万世明研究员与法国巴黎第十一大学、法国国家气候研究中心以及法国巴黎索邦大学地球物理研究所的最新合作研究成果。该研究利用高分辨率的海洋有孔虫Nd同位素重建了末次冰消期以来北印度洋中层水团混合的历史,发现末次冰消期南极中层水(AAIW)强烈北向入侵印度洋与南大洋通风增强和大气CO2浓度升高相互耦合。 

  大气CO2浓度变化贯穿整个晚第四纪地球气候演化历史,被认为是调控地球气候自古至今演化的重要因素之一。在全球变暖的大背景下,古气候研究中揭示的大洋环流演化和大气CO2浓度变化的历史和规律对未来人类应当如何应对大气CO2浓度短时间内的急剧升高具有重要的参考意义。末次冰消期(从距今1910 千年前)是最后一个冰期-间冰期旋回交替的关键阶段,该时期大气CO2浓度分两个阶段从180 ppmv上升到265 ppmv,但是放射性碳的含量却下降了约35%。因此,揭示末次冰消期大洋环流演化和大气CO2浓度变化机制是理解地球气候演化机制的重要突破口。

 

孟加拉湾现代海水站位中稀土富集(MREE/MREE*)分布。图a示表层水样MREE/MREE*与盐度之间的良好对应关系;图b示孟加拉湾海水样品MREE/MREE*随深度增加而减小的趋势以及潜在物源水团的MREE/MREE*值;图c示从河口到远海、表层到深层,中稀土富集的程度随河流影响力的减弱而逐渐减弱(Yu Zhaojie et al., 2017, G-cubed

 

溶解态的Nd浓度和同位素组成的季节变化(夏季风开始前的六月份对比夏季风结束之后的十一月份)(Yu Zhaojie et al., 2017, EPSL

  基于以上国际热点问题研究需要,于兆杰副研究员、万世明研究员与法国巴黎第十一大学、法国国家气候研究中心以及法国巴黎索邦大学地球物理研究所的多位科学家合作,在北印度洋以稀土元素(REE)和放射性同位素示踪(Nd同位素和Δ14C为主要手段开展相应研究。该合作研究首先测试了现代海水样品,为重建末次冰消期的水团混合提供背景支持,并于2017年取得重要进展,发表了两篇国际SCI文章(Yu Zhaojie et al., 2017, EPSL; Yu Zhaojie et al., 2017, G-cubed)。利用法国ANR-MONOPOL计划资助的印度洋MD12航次取得的海水样品,经过细致的超净实验室分析和MC ICP-MS测试,首次获得了高空间分辨率的溶解态稀土元素分布并计算了喜马拉雅地区在夏季风盛行期通过河流输入对全球溶解态REE的贡献(9%左右。研究首次定量厘清了溶解态REE在孟加拉湾的层状分布特征并否定了在孟加拉湾沉积物间隙水作为主要溶解态REE来源的假说;在国际上首次发现海水溶解态的Nd同位素可以在季节尺度上发生摆动,改变了国际地球化学界对现代海洋Nd元素循环的原有认识并为后续利用碳酸盐相Nd同位素追踪过去洋流演化和陆源物质输入提供了新证据。

 

末次冰消期Nd同位素和Δ14C追踪的全球大洋洋流演化及其与大气CO2浓度变化之间的联系(Yu Zhaojie et al., 2018, EPSL

  在上述研究结果基础上,研究团队进一步选取了北印度洋中层水深的沉积物钻孔,通过分析有孔虫Nd同位素和REE组成来追踪末次冰消期南极中层水(AAIW)可能的北向入侵特征。研究首次发现AAIW Heinrich Stadial 1Younger Dryas均表现出强烈的北向入侵印度洋的特征,该AAIW入侵与此时南大洋通风增强和大气CO2浓度的急剧升高紧密相连,原因是由于末次冰消期南大洋温度升高,冰盖撤退,增强的西风驱动上升流增强,导致储存在底层水中的大量CO2被释放到大气中,导致大气CO2浓度急剧升高,这也是首次在北印度洋发现了末次冰消期大洋环流演化与大气CO2浓度变化具有紧密联系,研究成果以文章形式“Antarctic Intermediate Water penetration into the Northern Indian Ocean during the last deglaciation”在线发表于国际地学刊物Earth and Planetary Science Letters上  

  本项研究得到了中科院海洋所优秀青年启动基金、国家优秀青年科学基金、青岛海洋科学与技术国家实验室鳌山人才计划项目支持。  

    

  于兆杰,男,1988年生人,2013年至2017年受国家公派留学计划支持,赴法国巴黎第十一大学攻读博士学位。201712月入选中科院海洋所优秀青年高层次人才引进计划,聘为副研究员。目前主要从事海洋地球化学与古海洋古气候研究工作,特别是大陆风化和沉积物搬运过程,Nd同位素指示的古洋流演化及其气候响应等关键科学问题。2015年成为法国首位以博士生身份受邀登上美国决心号科考船参与国际大洋钻探计划的科学家(IODP 355 阿拉伯海季风航次)。共发表国际SCI研究论文16篇,包括第一作者高质量国际SCI论文5篇(3EPSL2G-cubed)。 

  具体文章请参考: 

  1.Zhaojie. Yu(*), C. Colin, R.Ma, L. Meynadier,  S.M. Wan, L.N. Song, Q. Wu, S.Sophie. F. Bassinot. Antarctic Intermediate Water penetration into the Northern Indian Ocean during the last deglaciation. Earth and Planetary Sciences Letters, 500 (2018), pp. 67-75. 

  原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X18304655#bl0010 

  2. Zhaojie. Yu (*), C. Colin, L. Meynadier, E. Douville, A. Dapoigny, G. Reverdin, Q. Wu, S. Wan, L. Song, Z. Xu. Seasonal variations in dissolved neodymium isotope composition in the Bay of Bengal. Earth and Planetary Sciences Letters, 479 (2017), pp. 310-321 

  原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17305186 

  3.Zhaojie. Yu(*), C. Colin, E. Douville, L. Meynadier, S. Duchamp-Alphonse,  S.M. Wan, L.N. Song, Q. Wu, Z.K. Xu, F. Bassinot. Yttrium and rare earth element partitioning in seawaters from the Bay of Bengal. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 18 (2017), pp. 1388-1403 

  原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/2016GC006749 

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