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全新世期间南极西部冰盖的广泛后退和再推进gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba体积gydF4y2Ba558gydF4y2Ba，gydF4y2Ba页面gydF4y2Ba430 - 434 (gydF4y2Ba2018gydF4y2Ba）gydF4y2Ba引用本文gydF4y2Ba

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摘要gydF4y2Ba

为了预测南极冰盖对海平面上升的未来贡献，数值模型使用末次冰期极大期之后过去冰盖退缩的重建来调整模型参数gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．对南极西部冰盖的重建假设它在全新世时期(过去的11500年左右)逐渐退缩。gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．然而，在这里我们表明，在这段时间里，南极西部冰盖的接地线(它标志着它不再与地面接触并成为一个浮动冰架的点)向今天的接地线内陆后退了几百公里，然后均衡反弹使它重新前进到现在的位置。我们的证据包括，首先，从罗斯海冰川下回收的沉积物岩芯的放射性碳测年，表明全新世广泛的海洋暴露;二是威德尔海段冰结构的穿冰雷达观测，表明冰架接地。我们用冰盖模型来探讨这些发现的意义。全新世接地线的重新推进是由等静力回弹引起的冰架接地。我们的发现推翻了南极洲西部全新世接地线逐渐后退的假设，并证实了以前冰盖重新推进的观点gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．反弹驱动的稳定过程显然能够阻止和逆转气候引起的冰损失。这些过程是否能逆转现在的冰流失gydF4y2Ba6gydF4y2Ba在千年的时间尺度上，将取决于基岩地形和地幔粘度——这些参数很难测量，也很难纳入冰盖模型。gydF4y2Ba

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图1:南极洲西部威德尔海区和罗斯海区的基本地形和表面冰流速度。gydF4y2Ba
图2:罗内冰架接地的探冰雷达证据。gydF4y2Ba
图3:由于岩石圈反弹而模拟的接地线后退和再前进。gydF4y2Ba

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下载参考gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

j.k和威德尔海实地考察由自然环境研究委员会(NERC)拨款NE/J008087/1资助，由R. Hindmarsh领导。后勤支持由英国南极考察队的空中部队和野外作业小组的许多成员提供。我们特别感谢鲁迪金和韦伯斯特在实地提供的协助。我们也感谢H. Pritchard提供的床面高度数据和斯伦贝谢有限公司的软件捐赠。PISM的开发由NASA拨款NNX13AM16G和NNX13AK27G支持。德国科学研究院(DFG)通过LE1448/6-1和LE1448/7-1拨款，在优先项目“南极研究与北极冰区比较调查”的框架内支持T.A.。我们感谢欧洲区域发展基金、德国联邦教育和研究部以及勃兰登堡州为波茨坦气候影响研究所提供的高性能计算机资源。我们也感谢高斯中心的超级计算e.V (gydF4y2Bahttp://www.gauss-centre.eugydF4y2Ba)，为莱布尼茨超级计算中心的GCS超级计算机SuperMUC提供计算时间(gydF4y2Bahttp://www.lrz.degydF4y2Ba；项目代码pr94ga)。我们感谢C. Buizert提供的冰芯温度重建;D. Peltier用于获取海平面重建;J. Lenaerts的RACMO气候模式地表物质平衡数据;以及S. Jamieson为raise财团提供地线重建。r.p.s.， j.c.， R.D.P.和S.T.由美国国家科学基金会(NSF) WISSARD项目资助ANT-0839107, ANT-0839142, ANT-0838947和ANT-0839059。在冰下湖惠兰斯湖和惠兰斯地面区收集冰下沉积物样本的工作得到了美国南极计划和多个现场支持团队的推动，包括内布拉斯加大学林肯分校的钻井团队和WISSARD穿越人员，以及提供空中支持的空军国民警卫队和Kenn Borek Air。WIS、KIS和BIS样品由加州理工学院的B. Kamb项目(1988-2001)回收，该项目包括R.P.S.和S.T.;美国南极计划罗斯冰架项目(1977-1979年)的岩芯样本可供佛罗里达州立大学的美国南极沉积物岩芯库研究。 P.L.W. is funded by a NERC Independent Research Fellowship (NE/K009958/1). This research is a contribution to the Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR) Solid Earth Response and Influence on Cryosphere Evolution (SERCE) program. We thank R. Arthern, R. Bell, R. Hindmarsh, C. Martín, J. Southon and K. Tinto for discussions that contributed to this study. We particularly thank D. Pollard for sharing ideas and unpublished Penn State model outputs for discussion.

审核人信息gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba感谢R. Drews, J. Smith和其他匿名审稿人对本工作的同行评审所作的贡献。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

作者指出gydF4y2Ba

  1. 这些作者贡献均等:J. Kingslake, R. P. Scherer, T. Albrecht。gydF4y2Ba

作者及隶属关系gydF4y2Ba

  1. 哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球天文台，纽约，纽约，美国gydF4y2Ba

    J.金斯莱克和M. G.沃林gydF4y2Ba

  2. 北伊利诺伊大学地质与环境地球科学系，美国伊利诺伊州迪卡尔布gydF4y2Ba

    r·p·舍勒，j·科恩，r·d·鲍威尔，n·d·斯坦塞尔gydF4y2Ba

  3. 波茨坦气候影响研究所(PIK)，莱布尼茨协会成员，德国波茨坦gydF4y2Ba

    T. Albrecht和R. ReesegydF4y2Ba

  4. 加州大学圣克鲁斯分校地球与行星科学系，美国加州圣克鲁斯gydF4y2Ba

    Tulaczyk s .gydF4y2Ba

  5. 英国杜伦大学地理系gydF4y2Ba

    p·l·怀特豪斯gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba
  1. j . KingslakegydF4y2Ba
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  2. R. P. 谢勒gydF4y2Ba
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  3. t·阿尔布雷特gydF4y2Ba
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  4. j . CoenengydF4y2Ba
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  5. r·d·鲍威尔gydF4y2Ba
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  6. r·里斯gydF4y2Ba
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  7. n.d.斯坦塞尔gydF4y2Ba
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  8. Tulaczyk s .gydF4y2Ba
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  9. m.g.穿着gydF4y2Ba
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  10. p·l·怀特豪斯gydF4y2Ba
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贡献gydF4y2Ba

所有作者都参与了稿件的准备工作。t.a.、J.K.和R.P.S.是共同第一作者，贡献相同;其他的则按字母顺序排列。J.K.设计并实施了威德尔海区探冰雷达测量，并主导了手稿的编写。r.p.s.， j.c.， R.D.P.和S.T.收集并分析了冰下沉积物样本，作为WISSARD和罗斯海早期钻井项目的一部分。N.D.S.和J.C.准备了样品并进行了解释gydF4y2Ba14gydF4y2BaC和gydF4y2Ba13gydF4y2BaC的结果。T.A.进行了PISM模拟和参数敏感性的扩展分析。R.R.设计并分析了解再推进驱动纠缠的实验。m.g.w分析了威德尔海区域的雷达数据。p.l.w为模型实验提供了固地回弹参数化和海平面强迫参数化的输入。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Baj . KingslakegydF4y2Ba．gydF4y2Ba

道德声明gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明没有利益竞争。gydF4y2Ba

额外的信息gydF4y2Ba

出版商的注意:gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba

扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba

扩展数据图1亨利冰隆起的遗迹裂缝。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，雷达图，垂直于分割脊线对齐(插图显示位置)。一条起伏的等时线用颜色表示归一化的高程。gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BacgydF4y2Ba中所示的方框区域的特写视图gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba．在两个特写面板中，衍射器(双曲反射器)被解释为遗迹裂缝的表达式(数据未迁移)。红色的垂直虚线是现在的接地线gydF4y2Ba31gydF4y2Ba．gydF4y2BadgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BafgydF4y2Ba，雷达图大致垂直于北部遗迹裂缝(gydF4y2BadgydF4y2Ba而且gydF4y2BaegydF4y2Ba显示迁移的数据)。在gydF4y2BacgydF4y2Ba(6公里≤gydF4y2BaxgydF4y2Ba≤8公里)和gydF4y2BafgydF4y2Ba(0.3 km≤gydF4y2BaxgydF4y2Ba≤1.4 km)等时线截床明显。gydF4y2BaggydF4y2Ba在雷达卫星南极测绘项目(RAMP)图像上，横跨几条雷达线的三个遗迹裂缝gydF4y2Ba94gydF4y2Ba．插图是一个斜的三维视图的特征在插值的表面，显示床的仰角gydF4y2BazgydF4y2BabgydF4y2Ba(见gydF4y2Ba方法gydF4y2Ba)．这些地区的裂缝间距大约在200米到600米之间。箭头表示倾斜视图的视图方向。gydF4y2Ba

扩展数据图2 Doake冰皱褶的裂缝。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,坡道gydF4y2Ba94gydF4y2Ba合成孔径雷达数据中显示冰架裂缝表面表达的图像。发光区域表示来自(近)表面反射器的高后向散射，解释为表面裂缝。裂缝在道克冰褶的上方和下游形成。我们假设，在HIR北端以下的高地形上，裂缝曾经以类似的方式形成。gydF4y2BabgydF4y2Ba，裂缝的特写视图(黑盒子在gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba显示位置)，其间距(100-300米)、方向(垂直于冰架的流动)和横向范围(大约10公里)与HIR北端床附近发现的陡峭倾斜反射器相似(例如，扩展数据图。gydF4y2Ba2 ggydF4y2Ba)在地形高度的区域。黄色曲线是根据卫星地表速度计算出的流线gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba．流动是从下到上的。极坐标单位为千米。现在的接地线gydF4y2Ba31gydF4y2Ba是红色的。gydF4y2Ba

扩展数据图3模拟的接地线后退和岩石圈反弹。gydF4y2Ba

沿威德尔海区(左)和罗斯海区(右)横断面的横切面，间隔5 kyr(横切面位置，见图)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．横轴为当前接地线的距离。垂直的蓝色虚线显示最大接地线后退的位置。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba， 15厘gydF4y2Ba英国石油公司gydF4y2Ba，接地线靠近大陆架边缘。gydF4y2BacgydF4y2Ba，gydF4y2BadgydF4y2Ba， 10厘gydF4y2Ba英国石油公司gydF4y2Ba，接地线已经后退到大约它的最小，最后退的位置。gydF4y2BaegydF4y2Ba，gydF4y2BafgydF4y2Ba， 5厘gydF4y2Ba英国石油公司gydF4y2Ba，由于海底隆起，两个冰架都位于亚冰架的水深高度上。gydF4y2BaggydF4y2Ba，gydF4y2BahgydF4y2Ba，今天，接地线由于冰架接地和接地线上的隆起而大致重新推进到今天的配置。Crary, Bungenstock和Henry冰升(CIR, BIR和HIR)被标记在其中gydF4y2BaggydF4y2Ba而且gydF4y2BahgydF4y2Ba．Whillans冰流(WIS)和Whillans冰下湖(SLW)沉积物核心位置标记在gydF4y2BadgydF4y2Ba．蓝色虚线表示观测到的现今冰原床、海底和冰面gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，重新映射到冰盖模型的15公里网格上。gydF4y2Ba

图4再推进的驱动因素和床层重新成图的影响。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba，gydF4y2BabgydF4y2Ba，来自四个模拟(参考模拟和三个附加实验)的结果，旨在研究威德尔海的再推进原因(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)及罗斯海(gydF4y2BabgydF4y2Ba)界别(gydF4y2Ba方法gydF4y2Ba)．参考模拟中最内陆的接地线位置，在10 kyr左右gydF4y2Ba英国石油公司gydF4y2Ba，是蓝色的。彩色地图显示了流量支撑数gydF4y2Ba95gydF4y2Ba在10 kyr bp的“无隆起，冰的接地上升”实验中。冰锋位置是灰色的。地面冰盖的背景图像来自MOAgydF4y2Ba32gydF4y2Ba．gydF4y2BacgydF4y2Ba，威德尔海区域的基础地形和水深测量(接地线为红色)，根据1公里分辨率数据集，受地球物理观测的限制(Bedmap 2;ref。gydF4y2Ba29gydF4y2Ba)．gydF4y2BadgydF4y2Ba，这些数据的保守重映射到15公里分辨率。重新测绘大大降低了威德尔海部分冰隆起下的表观最大床面高度:KIR为135米，HIR为112米，BIR为36米。gydF4y2Ba

扩展数据图5放射性碳的真实和表观年龄。gydF4y2Ba

11条灰线表示指数gydF4y2Ba14gydF4y2Bac衰变曲线连接gydF4y2Ba14gydF4y2BaC /gydF4y2Ba12gydF4y2Ba从我们的冰下沉积物样品中测量的酸不溶性无机物(aio)的C比(左边的刻度)与从这些测量中计算的表观放射性碳年龄。后一种计算假设初始gydF4y2Ba14gydF4y2BaC /gydF4y2Ba12gydF4y2Baaio中的C比率与放射性碳年代测定标准中的现代比率相等。正如本文和方法所讨论的，南极冰期沉积物中的有机质经常含有旧的混合物gydF4y2Ba14gydF4y2BaC-dead材料gydF4y2Ba41gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba．来自WAIS分水岭冰芯的水冰中的氧同位素记录(绿色线，右边有刻度)提供了从现在到35 kyr这段时间的气候背景gydF4y2Ba英国石油公司gydF4y2Ba(ref。gydF4y2Ba96gydF4y2Ba)．三个关键的气候期被标记为:WAIS LGMgydF4y2Ba39gydF4y2Ba、南极寒流逆转(ACR)和全新世。gydF4y2Ba

扩展数据图6模型对力的敏感性。gydF4y2Ba

中间和右边的面板是沿横断面地线位置的时间序列，显示威德尔海(中间面板)和罗斯海(右边面板)扇区的模式敏感性:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，不同的海平面重建gydF4y2Ba69gydF4y2Ba，gydF4y2Ba78gydF4y2Ba，gydF4y2Ba79gydF4y2Ba，gydF4y2Ba80gydF4y2Ba；gydF4y2BabgydF4y2Ba，不同尺度的海平面强迫模拟自引力效应;gydF4y2BacgydF4y2Ba，不同的表面温度强迫;而且gydF4y2BadgydF4y2Ba，不同的堆积力。在左边的面板中是:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，四种备选海平面重建方案;gydF4y2BabgydF4y2Ba，参考模拟海平面强迫的三种替代尺度，以及均匀偏移2000年前的一个版本;gydF4y2BacgydF4y2Ba来自WAIS分水岭和EPICA穹窿C (EDC)两个冰芯的温度重建，以及来自末次间冰期的温度重建(EDC数据);而且gydF4y2BadgydF4y2Ba四种不同的积累历史。持续的LGM积累使用EPICA Dome C核心gydF4y2Ba83gydF4y2Ba以及每度2%的比例。温度和积雪量是相对于今天表示的。接地线位置相对于当前位置(垂直虚线)沿图所示的事务。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．在所有模拟中，接地线都处于其最先进的位置，比目前的位置高出1000公里，在MWP1a (14.4 kyrgydF4y2Ba英国石油公司gydF4y2Ba；水平虚线)。在全新世期间，接地线向其现在位置的上游后退了500公里，通常又向其现在的位置前进。灰色阴影表示地线响应的范围，灰色曲线表示每个灵敏度实验的平均值。在每种情况下，紫色曲线表示参考模拟。带有相关不确定性的raise重建的接地线位置(基于海洋和陆地地质证据)以黑色显示gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

扩展数据图7模型对参数的敏感性。gydF4y2Ba

沿横断面的接地线位置时间序列，显示威德尔和罗斯海扇区的模式敏感性:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba，地幔粘度，gydF4y2BaμgydF4y2Ba，以及岩石圈的弯曲刚度，gydF4y2BaDgydF4y2Ba；gydF4y2BabgydF4y2Ba，gydF4y2BacgydF4y2Ba，增强因子gydF4y2BaEgydF4y2BaSSAgydF4y2Ba而且gydF4y2BaEgydF4y2Ba新航gydF4y2Ba；gydF4y2BadgydF4y2Ba，滑动律指数，gydF4y2Ba问gydF4y2Ba；gydF4y2BaegydF4y2Ba， till water decay rate，gydF4y2BaTgydF4y2Ba，直至有效压力分数，gydF4y2BaNgydF4y2Ba；gydF4y2BafgydF4y2Ba，最小值直到摩擦角和导出摩擦角的方法(见gydF4y2Ba方法gydF4y2Ba）;gydF4y2BaggydF4y2BaPICO海洋模型倾覆强度参数，gydF4y2BaCgydF4y2Ba，热交换，gydF4y2BaggydF4y2Ba；而且gydF4y2BahgydF4y2Ba，冰解速率对冰架扩张速率的依赖关系，gydF4y2BaKgydF4y2Ba(扩展数据表gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba)．在每个面板中，紫色曲线显示了参考模拟。来自raise重建的接地线位置(基于海洋和陆地地质证据)，以及相关的不确定性，以黑色显示gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

扩展数据图8模型对空间分辨率的敏感性。gydF4y2Ba

使用不同网格分辨率的三次模拟结果:gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba， 15公里(参考模拟;与Fig相同。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba）;gydF4y2BabgydF4y2Ba， 10公里;而且gydF4y2BacgydF4y2Ba， 7公里。由于计算的限制，这两个高分辨率的模拟只覆盖了过去20 kyr，因此它们缺乏更高分辨率的自旋上升周期。这些高分辨率模拟显示出与参考模拟相似的全新世后退和再推进，但威德尔海的LGM范围和地线再推进要小得多。要充分探索模型的分辨率依赖性，需要在对所有集成成员的整个模拟过程中使用更高的分辨率。目前这受到计算资源的限制。背景阴影显示了基本地形和水深gydF4y2Ba29gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

扩展数据表1放射性碳和δ结果gydF4y2Ba13gydF4y2BaC冰下沉积物的分析gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba
扩展数据表2模型关键参数，包括撤退和再推进模型gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

补充信息gydF4y2Ba

补充视频1:过去35 kyr WAIS的参考数值冰盖模式模拟gydF4y2Ba

左上角显示垂直平均冰速(对数色标)。左下面板显示基岩反弹速率。请注意威德尔海区和罗斯海海区冰川消退后的快速反弹。右上方的面板显示了模拟的地面高度相对于今天的接地冰和冰架下的基础融化速率。右下面板为假设海洋面积恒定为3.61×1014 m2时，海平面强迫(左纵轴)、温度强迫(右纵轴)和以海平面当量表示的冰盖浮上体积的时间序列。有关强迫和参数化的详细信息，请参阅方法。gydF4y2Ba

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金斯莱克，J.，谢勒，r.p.，阿尔布雷希特，T.。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba全新世期间南极西部冰盖的广泛后退和再推进。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba558gydF4y2Ba， 430-434(2018)。https://doi.org/10.1038/s41586-018-0208-xgydF4y2Ba

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