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全新世暖水入侵导致南极西部冰盖退缩

自然体积547，页面43-48 (2017）引用本文

主题

摘要

冰川学和海洋学观测加上数值模型表明，温暖的绕极深水(CDW)侵入南极西部大陆架导致漂浮冰架底部融化。因为这些冰架支撑着冰川，它们的海洋引起的变薄正在推动今天南极冰盖的退缩。在这里，我们提出了一个基于多代理数据的重建，在全新世时期(从11.7万年前到现在)，CDW流入阿蒙森海部分(南极西部冰盖最脆弱的部分)的变化。海洋沉积物中有孔虫壳和底栖有孔虫组合的化学成分表明，在南半球西风的纬度位置控制下，增强的CDW上涌迫使该区域从至少10400年前到7500年前(当时冰架崩塌可能导致上游冰盖迅速变薄)开始冰川消退。这些结果增加了对现有冰盖模式预测能力的信心。

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图1:ASE大陆架现代底水温度图。
图2:来自全新世海洋沉积物的代理数据，限制PIB的环境变化。
图3:与12 kyr bp以来南极西部冰盖变化的潜在强迫机制相比，ASE陆架上CDW平流的变异性。
图4:过去150年在阿蒙森海架上的CDW平流和SHWW的变化。

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下载参考

确认

这项研究是英国南极调查局的地球行星极地科学计划和阿尔弗雷德-韦根研究所的pace II(变化中的地球系统中的极地地区和海岸)计划的一部分。它由自然环境研究委员会(NERC)， NERC拨款NE/M013081/1和亥姆霍兹协会资助。这项工作也得到了欧洲研究委员会(ERC grant 2010-NEWLOG ADG-267931 HE)的部分资助。我们感谢参与RV的船长、船员、船上科学家和支持人员极地斯特恩号远征ANT-XXIII/4和ANT-XXVI/3，并感谢R.唐尼，T.威廉姆斯，V. Peck, H. Blagbrough, R. Fröhlking和S. Wiebe的协助。此外，我们感谢D. Hodgson, D. Vaughan和P. Dutrieux的讨论，以及S. Schmidtko提供的数据。

作者信息

作者指出

  1. 亨利·埃尔德菲尔德:去世了。

作者及隶属关系

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  3. 莱斯特大学地质系，莱斯特，le17 rh，英国

    克里斯托弗·r·普尔和马克·威廉姆斯

  4. 伦敦大学学院地球科学系，英国伦敦，WC1E 6BT

    克里斯托弗·r·普尔

  5. 埃克塞特大学坎本矿业学院，康沃尔TR10 9FE，彭林，英国

    Kender签订

  6. 英国地质调查局，Keyworth, NG12 5GG，诺丁汉，英国

    Kender签订

  7. 哥本哈根大学冻土研究中心地球科学与自然资源管理系，丹麦哥本哈根K, DK-1350

    Thorbjørn Joest Andersen

  8. 特罗姆瑟大学地球科学系-挪威北极大学，特罗姆瑟，N-9037，挪威

    Patrycja E. Jernas

  9. 阿尔夫-韦根-亥姆霍兹中心地球科学系für极地与密尔斯福雄，Am Alten Hafen 26，不莱梅黑文，D-27568，德国

    约翰·p·克拉奇、卡斯滕·高尔和格哈德·库恩

作者
  1. Claus-Dieter希伦布兰德
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  2. 詹姆斯·a·史密斯
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  3. 大卫·a·霍德尔
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  4. 英国央行行长默文•格里夫斯
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  5. 克里斯托弗·r·普尔
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  6. Kender签订
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  7. 马克•威廉姆斯(Mark Williams)
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  8. Thorbjørn Joest Andersen
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  9. Patrycja E. Jernas
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  10. 亨利Elderfield
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  11. 约翰·p·克拉格斯
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  12. 斯蒂芬·j·罗伯茨
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  13. 卡斯滕Gohl
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  14. 罗伯特·d·拉特
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  15. 格哈德•库恩
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贡献

c.d.h.构想了这项研究的想法，并与j.a.s.、G.K.和R.D.L.一起撰写了手稿。g.k.， c.d.h.和K.G.收集了PS69沉积物岩心，j.a.s.， P.E.J.和J.P.K.收集了PS75岩心。c。d。h。j。a。s。j。r14C年龄模型的PS75核心。R.D.L.设计图1．t。j。a210对PS69核心进行Pb测量，并给出其年龄模型。g.k.、c.d.h.、j.a.s.、J.P.K.和P.E.J.进行了沉积学分析。D.A.H.测量了有孔虫壳上的稳定同位素，而M.G.和H.E.则分析了微量金属。c.r.p.， S.K.和M.W.对有孔虫组合进行了分析。所有共同作者都对手稿进行了评论，并为最终版本提供了意见。

相应的作者

对应到Claus-Dieter希伦布兰德．

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。

额外的信息

审核人信息自然感谢R. McKay和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。

出版商注:施普林格《自然》杂志对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

图1 PIB全新世沉积物的放射性碳年代学。

PS75/160岩心的年龄深度图(一个)及PS75/167 (b)，以AMS为基础14从钙质微化石(扩展数据表1)．红色菱形标志校准的AMS中值14C的年龄，误差条表示最大和最小年龄。垂直虚线表示重叠的年龄为8.2 kyr英国石油公司，对应于PS75/160岩心深度380 cm, PS75/167岩心深度230 cm，其中底栖和浮游δ13两条记录的C记录拼接(图3a, b)．

图2阿蒙森海大陆架外沉积物中放射性成因铅和铯同位素的下核浓度。

无支撑的集中210Pb (210Pbxs)的巨型盒芯PS69/251的沉积物，以对数刻度显示(一个的浓度137c以线性比例显示(b)．误差条表示±1 s.d。的210Pb和137Cs浓度。的210Pbxs浓度约为115 Bq kg−1在沉积物表面，随着核心深度在6 cm以上呈指数下降。的210Pb活性在6 cm深度以下达到或低于检出限。计算210Pbxs通量是100 Bq m−2年−1，与大气沉降的预期通量基本一致56．的137整个堆芯的Cs活性均在检测限以下。

扩展数据图3下堆芯恒定供给速率(CRS)模型210Pbxs阿蒙森海架外剖面。

采用改进的方法对PS69/251岩心沉积物进行了CRS模拟(方法)56．不支持的210铅浓度(210Pbunsupp。)与质量深度的关系;虚线标记用于计算的回归210铅浓度低于6cm岩心深度。打开的圆圈突出显示使用的样本210Pbxs浓度达到或低于检测限度的浓度误差条表示±1 s.d。的210Pbxs浓度。

图4阿蒙森海陆架外层沉积物年龄-深度关系。

PS69/251岩芯沉积物的年龄模型基于下岩芯的CRS模型210Pbxs岩心最上面部分的剖面。误差条表示±1 s.d。计算出的年龄。

图5 PIB全新世沉积物地球化学和年代学数据。

图示浮游生物(n .厚皮罪)和底栖生物(答:angulosa)δ18O和δ13C比，对数归一化Ba/Ti (LN(Ba/Ti))和Ba/Zr (LN(Ba/Zr))峰面积比61核PS75/160的放射性碳定年(一个)及PS75/167 (b)．自动对盘及成交系统14从各种钙质微化石中获得C日期19，21，53（扩展数据表1)，并以±2 s.d的平均校正年龄显示。错误。来自核心PS75/160的最低日期的星号表示来自同一样本层的复制日期的平均值。δ的范围13AASW和CDW的典型C值分别用蓝绿色和黄色阴影区域表示。海水δ18根据AASW的国际维也纳平均海水标准(VSMOW)， ASE报告的O组成约为- 0.7‰至- 0.5‰，CDW为- 0.3‰至- 0.1‰91，使表层和深水之间的VSMOW差约为−0.4‰。浮游生物和底栖生物δ的平均偏移18PS75/160和PS75/167岩心O记录值分别为- 0.45‰VPDB和- 0.38‰VPDB，与报道的表层至深水δ相一致18O梯度(我们注意到SMOW尺度和VPDB尺度之间的关系是线性的92)．虽然PS75/167岩心220 cm以下LN(Ba/Ti)的显著峰值明显高于背景LN(Ba/Ti)值，但在该岩心剖面中LN(Ba/Zr)的峰值并不高太多。这一关系表明，LN(Ba/Ti)和Ba/Ti峰是由陆源重矿物(包括重晶石和锆石)供给增加导致的钡输入引起的，这一点在约220 cm核深以下的陆源砂层的下核增加中得到了证实图2在裁判。19)．

图6 PIB底栖有孔虫壳镁/钙比值。

在底栖有孔虫的壳上测定镁/钙(Mg/Ca)比值答:angulosa假设镁/锰(Mg/Mn)比值为0.15±0.05 mol mol，显示了对潜在成岩Mg贡献的调整−1在成岩层中(一个)，并对潜在的成岩Mg贡献进行了调整，假设Mg/Mn比值为0.00 ~ 0.25 mol mol−1在成岩层中(b)．Mg/Ca比值b显示为10.0-7.5 kyr英国石油公司(4个样品)，7.5-4.0 kyr英国石油公司(2个样品)和4.0-0 kyr英国石油公司(4个样品)，假设成岩涂层中的Mg/Mn比值为0.10、0.15、0.20和0.25 mol mol，未对潜在成岩Mg贡献进行调整和调整−1(参考文献68，69，70，71，72)．在一个，垂直误差柱突出不确定度为±0.05 mol mol−1为涂层的Mg/Mn成分，水平误差条为±2 s.d。Mg/Ca样品的年龄范围，这是从校准的AMS计算出来的14邻近样本视界的C日期(扩展数据表1)．

图7 PIB有孔虫组合的全新世变化。

底栖有孔虫组合(只显示最丰富和选择的底栖类群)，丰度n .厚皮罪。在PS75/160岩心上分析了形态型2 (mt. 2)壳(相对于所有浮游有孔虫)、凝集底栖有孔虫丰度(相对于所有底栖有孔虫)和总有孔虫浓度(每克干沉积物的个体)。的δ13浮游和底栖有孔虫壳的C组成也显示出来。注意有孔虫丰度和组合的主要变化集中在7.5 kyr英国石油公司．底栖有孔虫分类群(方法):Alabaminella weddellensis，Angulogerina angulosa，Angulogerina pauperata，Angulogerina总数=所有的总和Angulogerina物种),Globocassidulina biora，Globocassidulina subglobosa，Globocassidulina总数=所有的总和Globocassidulina物种),Nonionella bradii，Nonionella iridea，Nonionella总数=所有的总和Nonionella物种)。

图8 PIB全新世沉积物中浮游有孔虫壳的SEM图像。

整个壳和详细的壳表面n .厚皮PS75/160核心的左旋形态型1和2显示。形态型1 (模拟)由配子生方解石包裹，主要分布在核的上部，而薄壁无壳型2 (eg)支配着地核的下部。每张照片右下角都有一个比例尺(白点)，其长度单位为μm。注意形态1中整个壳周围有不明显的腔室和配子体方解石分泌，而形态2中单个腔室和多孔壳清晰可见，从而显示了结壳的开始(孔周围有白色方解石;比较参41，93，94，95)．在南极和北极水域，形态型1通常主要分布在水柱下部，并保存在海洋沉积物中，而形态型2则大量分布在水柱上部，并没有保存在沉积物中41，93，94，95．外壳形态1是典型的末期生命阶段n .厚皮罪。，while non-encrusted morphotype 2 is typical for its neanic (that is, adolescent) to adult stage41，93，94，95，96．与em定义的渐进溶解步骤类似，参见。97，贝壳在一个而且b是否受中间溶蚀影响，壳在图象中c受初始到中间溶解影响，图像中的壳d是否受到初始溶解和图像中的壳的影响eg都保存完好。

扩展数据表1核心位置以及常规和校准的AMS14C日期
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扩展数据表2 PS69/251核心上部6厘米的年表
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希伦布兰德，CD.史密斯，J.霍德尔，D。et al。全新世暖水入侵导致南极西部冰盖退缩。自然547， 43-48(2017)。https://doi.org/10.1038/nature22995

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