地质地球所等发现地中海及其周边气候变化与驱动机制

地质与地球物理研究所,2012-05-21

地中海东部沉积物中的腐殖泥（Sapropel）层颜色深、富含有机质，与含有机质少的沉积层交替出现，其形成于北半球夏季辐射最大值时期（岁差最小）。腐殖泥层形成时，非洲季风加强，欧洲变得更湿润，与此同时，通过北非和东欧边界的淡水增加。淡水输入导致表层海水浮力增加，深部海水空气流通（Ventilation）变差，与此同时输入到海床的物质增加，有利于水深超过300 m盆地有机质的生成和保存。但是，在百年尺度上，还存在着腐殖泥层的中断现象。目前对于高纬和低纬气候系统对腐殖泥层形成的影响机制并不完全清楚。

中科院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室古地磁与年代学实验室刘青松研究员及其合作者为了解决这一问题，系统地研究了地中海沉积物中包含的来自撒哈拉（Sahara）沙漠的大气粉尘(Dust)。通过对地中海东部三个腐殖泥层S1、S5和S6（图1和2，S1和S5形成时期为当前间冰期和上个间冰期，对应深海氧同位素MIS 1和MIS 5e；S6形成时期为间冰期，对应深海氧同位素为MIS 6）进行高精度磁学、地球化学及漫反射光谱综合研究，揭示了高纬度（对应冰期-间冰期变化）和低纬度（对应热带辐射）条件下腐殖泥层形成的机制。研究表明，腐殖泥层中不同的磁性矿物对沉积和成岩过程有明显不同的反应。在腐殖泥层形成过程中，风成磁铁矿和自生作用生成超顺磁胶黄铁矿的还原性溶解及溶解间隔时间与硫化环境的强弱有关。而针铁矿和赤铁矿很大程度不受还原性溶解的影响，因而可以用来追踪输入到地中海里来自撒哈拉沙漠的粉尘。

整体上，三个腐殖质层的粉尘通量较低，但在S1（间冰期）中部和S6（冰期）底部分别存在一个和两个短尺度的高粉尘含量时期，这与高纬度区百年尺度的气候变冷事件时间一致。这说明，在冰期和间冰期都存在着这种短尺度的大气环流变化，与极地冰盖变化无关。该研究进一步表明，这种短尺度的气候变冷事件，可以导致大范围的大气循环变化，其控制区域不但在地中海东部和北部存在，而且还存在于北非的亚热带地区。

该研究成果近期发表在国际地学杂志Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology上（Liu et al. New constraints on climate forcing and variability in the circum-Mediterranean region frommagnetic and geochemical observations of sapropels S1, S5 and S6. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 2012, 333-334 : 1-12, doi:10.1016/j.palaeo.2012.02.036）。