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过去2500年火山爆发的时间和气候强迫

自然体积523，页面543 - 549 (2015）引用本文

主题

摘要

火山爆发导致气候变率，但由于由冰芯确定的大气火山气溶胶加载时间和随后由气候代用物(如树木年轮)冷却确定的时间不一致，这些贡献的量化受到了限制。在这里，我们解决了这些不一致，并表明热带和高纬度地区的大型火山喷发是过去2500年北半球年际到年代际温度变化的主要驱动因素。我们的结果基于来自格陵兰岛和南极冰芯阵列的高分辨率、多参数测量的大气气溶胶载荷的新记录，以及限制年表的独特年龄标记。总的来说，冷却与火山强迫的大小成正比，并且在一些最大的爆发事件后持续了长达十年。我们修订的时间尺度更加坚定地表明，火山爆发是六世纪欧亚大陆和中美洲主要流行病、饥荒和社会经济混乱的催化剂，同时允许对火山强迫的气候响应进行千年量化。

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图1:年度10在现有的冰芯年代学下，通过树木年轮进行冰芯记录和火山后冷却。
图2:格陵兰岛和南极洲的冰芯、非海盐硫记录与N-Tree复合材料生长异常的关系。
图3:过去2500年全球火山气溶胶强迫和北半球温度变化。
图4:火山爆发后的冷却。
图5:迁移时期的火山活动和温度变化(500-705ce)．

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下载参考

确认

我们感谢参与后勤、钻井开发和钻井，以及现场和我们实验室冰芯处理和分析的许多人。这项工作得到了美国国家科学基金会的支持。我们感谢wis分水岭科学协调办公室(M. Twickler和J. Souney)对收集和分发wis分水岭冰芯的支持;冰钻井和设计与操作(K. Dahnert);国家冰芯实验室(B. Bencivengo)负责管理冰芯;雷声极地服务公司(M. Kippenhan)在南极洲提供后勤支持;第109届纽约空军国民警卫队在南极洲进行空运。NEEM由尼尔斯玻尔研究所冰与气候中心和美国国家科学基金会极地项目办公室指导和组织。它得到了比利时(FNRS-CFB和FWO)、加拿大(NRCan/GSC)、中国(CAS)、丹麦(FIST)、法国(IPEV、CNRS/INSU、CEA和ANR)、德国(AWI)、冰岛(RannIs)、日本(NIPR)、韩国(KOPRI)、荷兰(NWO/ALW)、瑞典(VR)、瑞士(SNF)、英国(NERC)和美国(美国NSF、极地项目办公室)的资助机构和机构的支持。我们感谢B. Nolan、O. Amir、K. D. Pang、M. McCormick、A. Matthews和B. Rossignol在调查和/或解释历史证据方面的协助。 We thank S. Kuehn for commenting on possible correlations for the tephra. We thank A. Aldahan and G. Possnert for their support in the NGRIP10在乌普萨拉大学地球科学系和串联实验室进行准备和测量。我们感谢R. Kreidberg的编辑建议。以下个人赠款支持这项工作:NSF/OPP赠款0839093、0968391和1142166拨给J.R.M.，用于开发南极冰芯记录;NSF/OPP赠款0909541、1023672和1204176拨给J.R.M.，用于开发北极冰芯记录。M.W.是由Villum基金会资助的。kc.w由NSF/OPP赠款0636964和0839137资助。M.C.和T.E.W.由NSF/OPP赠款0839042和0636815资助。F.L.由耶鲁大学气候与能源研究所、哈佛大学人类历史科学倡议和Ludwig-Maximilians-Universität(慕尼黑大学)雷切尔·卡森环境与社会中心资助。C.K.由第七届欧盟框架计划的玛丽·居里FP7整合补助金资助。M. Salzer是由美国国家科学基金会资助的ATM 1203749。R.M.由瑞典研究委员会资助(DNR2013-8421)。 The division of Climate and Environmental Physics, Physics Institute, University of Bern, acknowledges financial support by the SNF and the Oeschger Centre.

作者信息

作者指出

  1. m . Sigl

    现地址:Paul Scherrer研究所放射化学与环境化学实验室，5232 Villigen，瑞士，

作者及隶属关系

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    M.西格尔，J. R.麦康奈尔，N.切尔曼，O. J.马塞利，D. R.帕斯泰里斯

  2. 华盛顿大学地球与空间科学系，美国华盛顿州西雅图98195

    m . Winstrup

  3. 加州大学伯克利分校空间科学实验室，美国加州94720

    k·c·韦尔滕

  4. 贝尔法斯特女王大学地理、考古和古生态学院，贝尔法斯特，BT7 1NN，英国

    G.普兰科特和J. R.皮尔彻

  5. 耶鲁大学气候与能源研究所历史系，美国康涅狄格州纽黑文06511

    f·鲁上校

  6. 瑞士联邦研究院WSL，伯门斯多夫，8903，瑞士

    美国本特根

  7. 伯尔尼大学Oeschger气候变化研究中心，瑞士伯尔尼3012

    U. Büntgen, H. Fischer & S. Schüpbach

  8. 全球变化研究中心AS CR，捷克共和国布尔诺，60300

    美国本特根

  9. 普渡大学物理系，西拉斐特，47907，美国印第安纳州

    M.卡夫和T. E.伍德拉夫

  10. 普渡大学地球、大气和行星科学系，美国印第安纳州西拉斐特47907

    m .咖啡皇

  11. 哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所冰与气候中心，哥本哈根，丹麦

    D.达尔-詹森，J. P. Steffensen, B. M. Vinther

  12. 气候与环境物理，伯尔尼大学，伯尔尼，3012，瑞士

    H. Fischer & S. Schüpbach

  13. 阿尔弗雷德-魏根-研究所亥姆霍兹中心für极地和密尔斯福雄，不来梅港，27570，德国

    美国Kipfstuhl

  14. 诺丁汉大学历史系，诺丁汉，NG7 2RD，英国

    c . Kostick

  15. 隆德大学第四纪科学系，隆德，22362，瑞典

    F. Mekhaldi和R. Muscheler

  16. 英国南极调查局，自然环境研究委员会，剑桥，CB3 0ET，英国

    r . Mulvaney

  17. 美国亚利桑那大学树轮研究实验室，美国亚利桑那州图森85721

    m·沙尔茨

作者
  1. m . Sigl
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  2. m . Winstrup
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  3. j·r·麦康奈尔
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  4. k·c·韦尔滕
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  5. g .冷藏室
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  6. f·鲁上校
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  7. 美国本特根
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  8. m .咖啡皇
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  9. n Chellman
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  10. d . Dahl-Jensen
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  11. h·菲舍尔
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  12. 美国Kipfstuhl
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  13. c . Kostick
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  14. o.j.马塞利
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  15. f . Mekhaldi
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  16. r . Mulvaney
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  17. r .介壳
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  18. d·r·帕斯蒂斯
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  19. j·r·皮尔彻
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  20. m·沙尔茨
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  21. 美国Schupbach
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  22. j·p·斯蒂芬森
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  23. b.m.文瑟尔
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  24. t·e·伍德拉夫
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贡献

M. Sigl在设计研究时参考了j.r.m.、m.w.、g.p.和F.L.的意见。手稿由M. Sigl、m.w.、F.L.和j.r.m.撰写，kc.w.、g.p.、u.b.和B.M.V.对测量结果的解释也有贡献。冰芯化学测量由j.r.m.， M. Sigl, o.j.m.， n.c.， D.R.P. (NEEM, B40, TUNU2013)和s.s.， h.f.， R. Mulvaney (NEEM)进行。kc.w, T.E.W，和M.C.完成冰芯10被测量。F.M.和R. Muscheler负责NGRIP冰芯10被测量。M. Sigl, M.W, B.M.V和J.R.M.分析了冰芯数据并建立了年龄模型。F.L.和C.K.分析了历史文献数据。G.P.和J.R.P.进行了冰芯碎屑分析和数据解释。U.B.和M. Salzer提供了树木年轮数据。D.D.-J。，B．M.V., J.P.S., S.K., and O.J.M. were involved in drilling of the NEEM ice core. TUNU2013 was drilled by M. Sigl, N.C. and O.J.M., and the B40 ice core was drilled by S.K. and made available for chemistry measurements. D.D.-J. and J.P.S. were responsible for NEEM project management, sample distribution, logistics support, and management. All authors contributed towards improving the final manuscript.

相应的作者

对应到j·r·麦康奈尔．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1研究地点位置。

一个，地图显示了本研究使用的五个冰芯(WDC, B40, NEEM, NGRIP和TUNU)的位置(蓝色圆圈)。受温度限制的年轮年表遗址(绿色)42，43，76，77，78网站每年Δ148世纪树木年轮的测量结果ce(红色轮廓)被标记。b冰芯元数据、树轮宽度(RW)、最大晚木密度(MXD)年代学和使用的温度重建3.，12，16，17，25，35，42，43，76，77，78，82．M水方程。一个−1每年约有100米的水当量。

扩展数据图2来自历史文献来源的与NEEM相关的火山灰面纱。

32个独立选择的时间验证点的时间序列，这些时间序列来自对已知与爆发火山活动有关的大气现象的历史观测(例如，阳光减少，太阳盘变色，日冕或主教环，红色火山日落)，这些现象报告在近东、地中海地区和中国，在我们最早的时间标记为536岁之前ce．黑线表示大小y在新的NS1-2011时间尺度上的爆发火山事件中，在NEEM (NEEM和NEEM-2011- s1冰芯)中测量的年度硫酸盐沉积。红色叉表示24(75%)个历史验证点，NEEM火山事件发生在保守±3年的不确定范围内。蓝色十字表示未观测到火山活动的8个点。验证点与火山事件之间的关联在统计上显著非随机，99.9%置信度(P< 0.001)。Ppb，十亿分之一。

扩展数据图3时间尺度比较

NEEM-2011- s1 /NEEM冰芯NS1-2011和GICC05时间尺度年龄差异(一个)和WD2014及WDC06A-7 (b)．86年以前的差异ce(现在在NEEM-2011- s1冰芯底部的冰的年龄)是由NEEM冰芯的年层计数得出的，相对于NGRIP中在年层计数的GICC05时间尺度上的各自信号，显示了主要火山爆发。标记事件用于约束年层测年(实线)和年代学评估(虚线)。三角形标志着火山信号。还指出了WD2014与南极冰芯年表(AICC2012)之间的差异。92，基于WDC和EDC96冰芯之间的火山同步。

扩展数据图4火山爆发后树木生长受到抑制。

利用28个最大火山爆发的大型火山爆发的叠加时代分析(一个）;23次最大的热带火山爆发(b）;北半球最大的五次火山喷发(c）;就硫酸盐气溶胶负荷而言，比Tambora 1815更大的喷发(d)．显示的是火山硫酸盐沉积后15年的百年树轮复合记录(N-Tree)的生长异常，相对于事件发生前5年的平均值。虚线表示与多次喷发相关的树轮生长异常的95%置信区间(2 s.e.m.)。

扩展数据图5 QUB-1859冰芯tephra和参考物质的主要元素组成。

所示为所选地球化学数据:SiO2总碱(K2O + Na2O) (一个）;FeO(总氧化铁)与TiO2（b）;SiO2与阿尔2O3.（c）;以及CaO与MgO (d)，来自NEEM-2011-S1冰芯的11个碎片，深度为327.17-327.25 m，年龄范围为536.0-536.4ce在新的NS1-2011时间表上。美国加州莫诺陨石坑全新世晚期苔层资料为参考汇编。90；Aniakchak (Alaska)的数据来自ref.出版的参考资料。88；全新世早期上Finlay火舌(据信来自上科迪勒兰火山省(不列颠哥伦比亚省)的Edziza杂岩)的数据来自参考文献。89．(见补充信息的上Finlay tephra)

扩展数据表1冰芯年代测定
全尺寸表
表2使用StratiCounter程序的年度地层结果
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扩展数据表3主要火山喷发年龄标记物的历史文献证据536-939ce
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扩展数据表4过去2500年的大型火山爆发
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扩展数据表5火山后冷却
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相关的音频

41586 _2015_bfnature14565_moesm48_esm.mp3

研究人员乔·麦康奈尔解释了他的团队是如何解开1500年前地质记录中失踪的火山之谜的。

补充信息

补充信息

此文件载有补充档案指引(PDF 80kb)

补充数据1

这个文件包含冰核元数据和10Be结果-详情请参阅指南。(xlsx21 kb)

补充数据2

该文件包含3个补充数据表-详见指南。(PDF 1338kb)

补充数据3

此文件包含格陵兰冰芯的数据-详情请参阅指南。(xlsx8918kb)

补充数据4

此文件包含来自南极洲冰芯的数据-详情请参阅指南。(xlsx6765 kb)

补充数据5

此文件包含火山重建数据-详情请参阅指南。(xlsx46 kb)

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引用本文

Sigl, M.， Winstrup, M.， McConnell, J.。et al。过去2500年火山爆发的时间和气候强迫。自然523， 543-549(2015)。https://doi.org/10.1038/nature14565

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