我国学者揭示次冰消期大洋环流演化和CO2浓度变化机制
近日，国际地学刊物Earth and Planetary Science Letters 在线发表了中国科学院海洋研究所副研究员于兆杰（第一作者/通讯作者）、研究员万世明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。
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）
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19到10千年前）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。
基于以上国际热点问题研究需要，于兆杰、万世明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年取得新进展，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。
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 在Heinrich Stadial 1和Younger 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Antarctic Intermediate Water penetration into the Northern Indian Ocean during the last deglaciation 为题在线发表于国际地学刊物Earth and Planetary Science Letters上。
该项研究得到了海洋所“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。
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）
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）
