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地球系统数值模拟装置用户发表重要成果:《自然》丨研究发现,印度洋咸水输入大西洋助力冰河期结束
来源:装置用户办公室时间:2023-05-15

利用莫桑比克海峡北部约40米长的深海泥沙岩芯,通过测量微小化石壳体中封存的化学指纹及数值模拟,英国卡迪夫大学和圣安德鲁斯大学、台湾大学联合中科院青藏高原所等单位学者,重建了过去120万年来各冰期旋回的海水温度和盐度的变化。研究发现,随着冰期旋回周期性的海平面下降,印度洋海表盐度有规律的升高,并在盛冰期达到峰值后随着冰消期的爆发迅速下降。

北京时间5月10日23:00,该研究成果发表于国际学术期刊《自然》(《Nature》)。

“亚热带阳光照射充足,海水蒸发会导致海水变咸。”该文章的第一作者,台湾大学Sophie Nuber博士解释道。“通常情况下,由于印尼贯穿流的存在,印度洋海水会被来自太平洋的淡水稀释;但全球海平面的下降削弱了淡水输入,导致印度洋盐分不断积累。”

冰期发展阶段,大陆冰盖通过囤积来自海洋蒸发的淡水,致使全球海平面下降(盛冰期全球海平面下降可达120米),印度尼西亚群岛因此逐渐变成陆地,切断了太平洋淡水进入印度洋的通道,即印尼贯穿流。

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海平面变化引起的印尼贯穿流、印度洋海表盐度以及厄加勒斯洋流之间的协同演变

SEC: 南赤道流;AL: 阿古拉斯泄漏;ITF: 印尼贯穿流;IO:印度洋;Retroflection: 回流 a, 在冰期发展的初期(全球海平面下降不超过50米时),印度尼西亚群岛大半位于海平面之下,生成了较强的印尼贯穿流(Indonesian Through Flow,ITF),并沿着南赤道暖流(South Equator Current, SEC)将来自太平洋的淡水带入印度洋。此时非洲南部亚热带锋面(Subtropical Front,SF)位置偏南,厄加勒斯泄漏(Agulhas Leakage,AL)强度适中。b, 在冰期发展的后期(全球海平面下降超50米),印度尼西亚群岛附近海域面积大量减少,导致ITF减弱,减少进入印度洋的淡水。同时, SF向北移动导致AL减弱。c,冰消期初期,由于印度尼西亚群岛附近陆地仍然暴露在外(全球平均海平面仍比当前要低50米以上),ITF仍然较弱。然而,SF向南移动导致AL的恢复,从而将印度洋的高盐水释放到南大西洋。

“在冰期发展阶段,印度洋逐渐变成一个咸水库,储存着未被淡水稀释的高盐水”该文章的主要作者,中科院青藏高原所张旭研究员解释道,“而在冰消期,位于南非南部的厄加勒斯洋流逐渐恢复,如同打开了咸水库的泄洪闸,使得高咸水快速涌入大西洋,促进了大西洋环流系统的恢复”。

“十多年前,我们就发现大西洋环流系统在冰消期时经历过大幅度减弱”,该文章的作者之一,卡迪夫大学的Steve Barker教授说道,“我们的最新结果表明,导致该环流恢复的动力(高咸水)来自于几万公里以外的印度洋。”

目前,向北大西洋输送高温高盐水的洋流仍处于活跃状态,但随着全球温度的不断升高,两极冰盖的融化,北大西洋和南大洋海水不断被稀释,这可能导致该洋流的减弱,并引发一系列的气候连锁反应。

“我们的研究进一步证实了气候系统各部分是密切连接在一起的,牵一发而动全身。”该文章的主要作者圣安德鲁斯大学James Rae博士表示,“全球变暖造成的某一地区海洋环流及海水性质的变化可对地球另一侧的气候产生巨大影响!因此我们需要阻止全球变暖,防止这些关键环流系统的平衡被打破。”

该文章的主要作者,中科院青藏高原所张旭研究员为地球系统数值模拟装置用户,他在文章中对地球系统数值模拟装置的支持进行致谢。

国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”(简称“寰”)是我国建成的首个具有自主知识产权、以地球系统各圈层数值模拟软件为核心的专用模拟装置,具备地球系统的模拟推演、气候-环境-生态的预测预报等多项能力,是引领我国地球系统科学研究水平步入国际前列的国之重器。

“寰”的建设法人是中国科学院大气物理研究所,共建单位为清华大学。“寰”作为地球系统数值模拟的综合实验平台,现已全面开放共享,包括软件、数据、硬件等,用户可登陆中国科学院重大科技基础设施共享服务平台(http://lssf.cas.cn),提交申请。依托“寰”产出的科研成果,需致谢国家重大科技基础设施项目“地球系统数值模拟装置”。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-023-05866-3