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快速的冰川作用和两级上升的海平面进入末次冰期

自然体积559，页面603 - 607 (2018）引用本文

主题

摘要

在最后一个冰期结束之前，长达约10000年的末次冰期高峰是地球近期气候史上最冷的时期1．与全新世时期相比，大气中二氧化碳含量降低了百万分之一百，热带海洋表面温度降低了3到5摄氏度2，3.．末次冰期开始于大约31000年前，当时全球平均海平面(GMSL)突然下降了约40米4随后是大约一万年的快速冰川消退，进入全新世1．极地冰盖融化的质量和海洋体积的变化，以及GMSL的变化，是为描述末次极冰期到全新世之间的过渡以及未来变化而构建的气候模型的主要约束条件;但这种转变的速度、时间和规模仍不确定。在这里，我们显示，在21900年到20500年前之间，大堡礁大陆架边缘的海平面下降了约20米，相对于现代水平下降到- 118米。我们的发现是基于恢复和辐射测定年代的化石珊瑚和珊瑚藻类组合，代表了大堡礁的相对海平面，而不是GMSL。随后，相对海平面以每年3.5毫米的速度上升，持续了大约4000年。这一上升与此前观测到的19000年前的变暖一致1，5，但我们现在表明，它发生在相对海平面下降20米之后，全球冰量也随之增加。我们记录的详细结构是可靠的，因为大堡礁远离以前的冰盖和构造活动。相对海平面可能受到地球对冰和水负荷区域变化的响应的影响，可能与全球平均海平面高度有很大不同。因此，我们使用冰川均衡模型来推导GMSL，并发现末次冰期在20500年前达到顶峰，GMSL的低点约为- 125至- 130米。

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图1:GBR远征325研究现场位置。
图2 LGM-b的LGM海平面下降。
图3:从IODP Expedition 325回收的样品中提取的RSL包膜的年龄与深度图。
图4:基于观测数据的GMSL和gia模型导出的远场RSL。

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下载参考

确认

我们感谢IODP和ECORD(欧洲海洋研究钻探联盟)钻探GBR，并感谢不来梅核心资源库组织陆上取样队。本研究的资金支持由JSPS KAKENHI(资助号JP26247085, JP15KK0151, JP16H06309和JP17H01168)，澳大利亚研究理事会(资助号DP1094001)， ANZIC, NERC资助NE/H014136/1和波尔多理工学院提供。这篇论文是对ininqua海岸和海洋过程委员会以及PAGES PALSEA2计划的贡献。

审核人信息

自然感谢P. Whitehouse和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 东京大学大气与海洋研究所，日本柏和

    横山佑介，宫airyosuke, Sawada Chikako和Aze Takahiro

  2. 东京大学理学院地球与行星科学系，日本东京

    Yusuke Yokoyama

  3. 日本海洋地球科学技术厅，日本横须贺

    Yusuke Yokoyama

  4. 澳大利亚国立大学地球科学研究学院，堪培拉，澳大利亚首都领地

    泰泽·m·埃萨特和斯图尔特·法伦

  5. 澳大利亚国立大学物理与工程研究学院，堪培拉，澳大利亚首都领地

    Tezer M. Esat

  6. 伍兹霍尔海洋研究所，伍兹霍尔，马萨诸塞州，美国

    威廉·g·汤普森

  7. 爱丁堡大学，英国爱丁堡

    亚历山大·l·托马斯

  8. 悉尼大学，悉尼，新南威尔士，澳大利亚

    乔迪·m·韦伯斯特

  9. 东京大学博物馆，东京，日本

    松崎欲之

  10. 国家极地研究所，日本东京

    小君'ichi Okuno

  11. 格拉纳达大学，西班牙格拉纳达

    胡安•卡洛斯布拉加

  12. 名古屋大学，日本名古屋

    Marc Humblet

  13. 日本仙台东北大学

    Yasufumi Iryu

  14. 加州大学圣克鲁斯分校，美国加州圣克鲁斯

    唐纳德·c·波茨

  15. 琉球大学，日本那霸

    Kazuhiko Fujita

  16. 日本地质调查局，国家先进工业科学技术研究所(AIST)，筑波，日本

    Atsushi铃木

  17. 九州大学，日本福冈

    Hironobu菅直人

作者
  1. Yusuke Yokoyama
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  2. Tezer M. Esat
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  3. 威廉·g·汤普森
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  4. 亚历山大·l·托马斯
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  5. 乔迪·m·韦伯斯特
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  6. Yosuke Miyairi
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  7. 泽田师傅动向
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  8. 孝宏Aze
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  9. 松崎欲之
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  10. 小君'ichi Okuno
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  11. 斯图尔特·法伦
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  12. 胡安•卡洛斯布拉加
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  13. Marc Humblet
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  14. Yasufumi Iryu
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  15. 唐纳德·c·波茨
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  16. Kazuhiko Fujita
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  17. Atsushi铃木
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  18. Hironobu菅直人
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贡献

Y.Y.和J.M.W.是325远征队的联合首席科学家。J.O.和Y.Y.负责GIA建模。Y.Y.和T.M.E.与j.m.w.、a.l.t.、j.c.b.和m.h.合作撰写了手稿，并由其他共同作者的贡献进行了改进。

相应的作者

对应到Yusuke Yokoyama．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

出版商的注意: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。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1在远征325岩心中观测到的主要珊瑚组合的简化分类。

浅礁生境由与aA1珊瑚藻类和蛭纲腹足类厚壳相结合的珊瑚组合代表(8)。当与aA3薄壳相结合且没有aA1和aA2时，深礁前斜坡由珊瑚组合cD定义。cA，大量/健壮的分支Isopora(1)和伞房疣gr。云淡的(2);cB、分支Seriatopora(3)和疣sp。(4);cC，块状/结壳状meruliniids (5);cD，结壳到块状Porites(6)和结皮Montipora；aA3,Mesophyllum而且Lithothamnion(10);aA1,Porolithon onkodes(7);aA2，薄P．onkodes，Porolithon gardineri, Harveylithon gr．munitum(9)。

扩展数据图2在Expedition 325岩心中观察到的代表性相。

主要岩性分为珊瑚礁格架(1)-(3)和碎屑沉积相(4)-(8)。

图3麦凯内阶地岩心地层综合。

本文综述了珊瑚恢复的垂直格局、岩性、珊瑚组合和蚓类腹足类。这些数据定义了礁体发育的一个主要中断(粉红色线)，即随着海平面下降到LGM-b低海拔，礁体2的顶部暴露出来(详情见正文)。在冰期海平面上升之后，珊瑚礁生长重新建立，在大约14 kyr (ka)之前，堡礁3b在陆架洪水泛滥时开始生长。(“bst。”,粘结灰岩;mb, microbialite;“unconsol。’，疏松沉积物;' gastro '，腹足类动物。)

图4礁2和礁3a边界的近距离岩心图像。

M00033A-10R和11R (HYD-01C)和M00055A-4R (NOG-1B)岩心清楚地定义了礁2/礁3b边界的性质，这代表了礁生长的主要中断(见扩展数据图)。3.)．该边界以岩性、珊瑚组合和成岩特征的重大变化为特征，包括淡水和大气胶结物(蓝星)，表明礁2顶部在空中下暴露。(LMC，低镁方解石;RD，珊瑚礁死亡事件。)

扩展数据图5地面暴露的证据。

与地面暴露有关的块状低镁方解石陨石水泥最初在55A - 5R1的颗粒间空隙中析出。然后在海洋条件下形成了高镁方解石的似球粒(p)，并在再次淹没后填补了剩余的空隙。比例尺，100µm。

图6 LGM-b海平面下降的时间和程度。

年龄与深度图显示来自水文记录员通道(HYD-01C)(蓝色)和诺金关口(NOG-01B)(红色)的关键原位RSL数据点。加速器质谱仪14来自珊瑚的C年龄用开圈表示，来自珊瑚藻类的C年龄用交叉圈表示。珊瑚年龄用圆形表示。还显示了定义RSL在HYD-01C和NOG-01B的最大位置的拐点(见标签no - 5,8,9和hy - 3,5,6 in)补充信息，分别对应该图上的数据点11、8、1和9、7、5;参见图。3.)．由黑线表示的组合RSL包络线(最大值和最小值位置)考虑了年龄的不确定性(2σ)、每个数据点核心的古水深和位置，用一个彩色矩形表示(蓝色为水文记录者通道，红色为诺金通道)(见方法有关详情)。如果我们省略14C数据，原因是当地储层年龄可能存在未知变数63，由珊瑚U-Th年龄定义的LGM-b海平面下降将在23.5 ka提前1.5 kyr，对应于海平面以约7 m kyr的速度下降约3 kyr−1．主要RSL指标点如下。1, 325-M0053A-13R-1W 21-25 (20.51 ka, 117.93 m;9号)。4、325- m0054b - 18r - 1w 10-15 (20.43 ka, 127.11 m). 5、325-M0036A-18R-2W 8-10 (20.70 ka, 128.75 m;HY-6)。7、m0033a - 11r - ccw 5-11 (22.11 ka, 106.83 m;HY-5)。8、325-M0055A-04R-1W 35-40b (21.87 ka, 103.13 m;八号)。 9, 325-M0032A-10R-1W 18-20 (23.49 ka, 107.95 m, HY-3). 10, 325-M0033A-13R-CCW 1-3 (23.62 ka, 109.46 m). 11, 325-M0055A-04R-2W 99-105 (23.97 ka, 104.84 m; NO-5).

扩展数据图7选定站点的GIA结果。

选定远场地点的计算(一个- - - - - -f)，采用基于GBR RSL下界的冰模型。GIA计算采用了上地幔粘度和岩石圈厚度为10的参数20.Pa s和70 km，下地幔粘度为1022然而，大溪地远场站点的数据与计算之间的差异(b)，波拿巴(c)及巽他(d)表示当使用本研究获得的较高RSL时，与GIA的匹配度更好(图2)。4)来计算全球消冰期海平面。灰色带表示使用不同地球参数(岩石圈厚度)的GIA模型进行RSL预测的范围H= 70 km，上地幔粘度1020.-10年21Pa s，下地幔粘度1021-10年23Pa s)和一个融化模型(冰的历史)，在这种情况下，这是MIN模型。红线代表H= 70km，上地幔粘度2 × 1020.Pa s和下地幔粘度1022蓝线表示的是H= 70 km，上地幔粘度2 × 1020.Pa s和下地幔粘度1023垂直不确定度是每个海平面指标的深度范围，水平误差条为2σ文献报道的年龄估计的不确定性。

扩展数据图8 ANU GMSL与目前基于gbr的GMSL的比较

一个- - - - - -d，总计(一个)、北美(b)、欧亚大陆(c)及南极(d)从本研究推断的过去35 kyr的冰盖生长和融化历史(红色带)与先前报道的模型(蓝色线)进行了比较。蓝色曲线代表ANU GMSL结果4，而红色的条带，覆盖了一系列基于gbr - rsl的GMSL，来自这项工作。在大约21千年前从LGM-a过渡到LGM-b的过程中，北美冰盖的降水增强，南极冰盖的降水也有所减弱，不过，对于后者来说，冰量继续增加，持续时间更长，直到大约17千年前LGM-b终止。人工调整的名义ANU冰模型将影响我们推断的每个冰盖的融化历史。此外，尽管ANU模型在某些方面与其他冰盖重建不同64，这些模拟的结果并没有太大不同。

图9不同粘度设置下HYD和NOG的GIA模型结果。

MAX (一个)和MIN (b)表示GBR RSL的最大值和最小值。蓝色和红色波段是RSL范围，来自我们对水文记录者通道(HYD)和诺金通道(NOG)的研究。灰色带表示使用新冰模型预测的海平面范围。岩石圈厚度固定在70 km，而上地幔和下地幔的地幔粘度在10之间变化20.-10年21Pa和1021-10年23HYD-01C和NOG-01B的代表性粘度的Pa s. RSL预测分别显示为红色和蓝色实线和虚线。V向上而且V低表示上地幔和下地幔粘度值。(奥林匹克广播服务公司。，observations.)

扩展数据表1简化的珊瑚和珊瑚藻类组合及其可能的古环境背景
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补充数据

该文件包含本研究中使用的放射性碳和U-Th测年结果和GMSL。

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横山，Y.，艾赛特，t.m.，汤普森，W.G.et al。快速的冰川作用和两级上升的海平面进入末次冰期。自然559， 603-607(2018)。https://doi.org/10.1038/s41586-018-0335-4

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