2024-08-09 | 科研部 南科大海洋系刘青松团队揭示海-陆耦合过程对北半球冰盖反馈机制

近日，南方科技大学海洋科学与工程系讲席教授刘青松团队在期刊Nature Communications上发表题为“Role of land-ocean interactions in stepwise Northern Hemisphere Glaciation”的文章，对北极冰盖形成以来西风带演化过程进行了系统性阐述，创新性提出海-陆耦合过程在北极冰盖演化与全球长周期变冷过程中扮演的重要角色。

地球表面的温度与环境并非一成不变。在过去的几十个百万年（Ma）期间，地球在33Ma首先在南极洲结成冰盖，随后在最近几个百万年，北极冰盖持续扩张。近几十年来，全球开始变暖，北极地区发生冰盖退缩、海冰消融，这对于全球气候环境产生了重大影响。深入研究北极冰盖建立机制及其演化过程，对于正确认识全球气候系统和科学预测未来气候演变变得极其关键且迫切。

前人研究认为北极冰盖建立及其扩张过程主要涉及大气CO2下降、两极地区水团通风减弱、海道闭合等构造过程的影响，但并不能解释北极冰盖的初始形成机制。针对这个问题，该文提出了海洋和陆地互馈过程在地球气候系统中的作用以及对北半球冰盖形成与扩张的反馈新机制。

海洋磁学中心团队过去几年在北太平洋年代学方法、风尘新指标的建立、北太平洋风尘在不同时间尺度上形成机制及其动力学过程等方面开展了大量的研究工作。北太平洋海洋沉积物蕴含丰富的东亚、中亚地区风尘源区以及西风带动力过程信息，是解决这一难题的良好介质。基于此，南方科技大学海洋科学与工程系研究副教授仲义在合作导师讲席教授刘青松和中国科学院地质与地球物理所副研究员谭宁共同合作下，联合美国亚利桑那大学、加州大学戴维斯分校、德国柏林大学、英国伦敦大学、崂山实验室等国内外多家单位进行了综合研究。

图1. 北半球冰盖形成以来海洋-大气-陆地植被等多指标对比

通过对大洋钻探198航次取得的ODP1208沉积物钻孔进行了高分辨率风尘记录的重建工作，研究人员详细刻画出北极冰盖开始形成、扩张并逐步增强的多期次演化特征。通过陆地植被、大气环流记录与模型的相互验证，研究人员提出海-陆耦合在北半球冰盖形成、扩张中多阶段新演化模型。本项工作有三点重要创新：（1）指出上新世风尘通量增强时间应更早于2.75百万年前，始于上新世氧同位素M2冰期阶段（3.3 百万年前，见图1）；（2）刻画出北半球冰盖形成与扩张时期北半球海洋-大气-陆地互馈过程；（3）进一步支持北半球冰盖引发的经向温度梯度增强是导致西风带增强的主要原因。

该研究发现，全球大气环流重组时期导致海陆耦合过程加剧了全球陆地植被类型转型，这可能直接引发全球碳库的转型，这种新机制为预测东亚地区植被演化与全球气候之间的联系提供了新思路。 

图2. 不同气候背景下冰盖和区域性纬向风场变化特征

在未来全球变暖背景下，由于极地放大效应的影响，北半球高纬度地区相对低纬度地区增温更加显著，导致格陵兰冰盖消融，这也使得大西洋经圈翻转流不断减弱甚至停滞。因此，全面理解气候系统中不同圈层的反馈机制可以为未来气候变化和模型预测提供重要的参考。

仲义为论文第一作者，南科大是论文的第一单位，刘青松和谭宁为论文共同通讯作者。以上研究得到了国家自然科学基金，深圳市科创委项目以及南科大高水平特别基金的资助。ODP1208样品来自国际大洋发现计划（IODP）支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51127-w

供稿：海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

主图：李嘉慧

编辑：任奕霏