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本研究通过塞舌尔群岛化石珊瑚的230 Th定年和沉积学分析,揭示末次间冰期(LIG)海平面上升过程中存在三次阶段性珊瑚礁生长(128.7-122.8 ka BP),其间两次短暂海平面下降事件(~126/124 ka BP)与南北半球冰盖消长竞争相关,为预测现代变暖背景下冰盖动态响应提供了古气候参照。成果发表于《SCIENCE ADVANCES》。
在地球气候系统中,末次间冰期(Last Interglacial, LIG,约129-116千年前)作为与当前间冰期气候条件相似的"天然实验室",其海平面变化记录对理解现代变暖背景下极地冰盖稳定性具有重要参照价值。然而长期以来,科学界对LIG期间海平面变化的时空格局存在激烈争论——不同地区记录显示峰值出现时间(122-114 ka BP)和幅度(1.2-9米)存在显著差异,这直接关系到对冰盖敏感性的评估。更关键的是,现有研究对LIG海平面变化是否呈现稳定上升趋势,还是存在亚轨道尺度的波动缺乏共识,而这些问题的解答将直接影响对未来海平面上升速率的预测精度。
为解开这些谜团,来自明尼苏达大学等机构的研究团队选择印度洋塞舌尔群岛这一远离末次冰盛期冰盖的"远场"区域,对24个原位生长的化石珊瑚开展高精度230
Th定年(86个测年数据)和沉积学分析。这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究首次通过将精确的年代框架与详细的沉积特征相结合,揭示了LIG早期海平面变化的三阶段模式及其与南北半球冰盖动态的关联。
研究主要采用三项关键技术:1)差分GPS和全站仪建立厘米级精度的珊瑚高程测量体系;2)X射线衍射筛选原始文石保存完好的珊瑚样本(方解石含量<2.2%);3)多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)进行230
Th定年,通过δ234
U初始值(145±1.5‰)和230
Th/232
Th活性比(>500)严格筛选封闭体系样品。所有数据均校正至统一衰变常数和实验室间标样。
【RESULTS主要发现】
"Timing of peak sea level"部分证实塞舌尔LIG珊瑚记录的最高海平面出现在122.8±0.5 ka BP(7.4±0.1米),与西澳大利亚、巴哈马等远场站点一致,否定了晚期(<119 ka BP)海平面快速峰值的假说。值得注意的是,珊瑚记录仅覆盖LIG高海平面期的前6000年(128.7-122.8 ka BP),平均海平面上升速率0.29-0.62 m/kyr,远低于现代速率。
"Relative sea-level change"部分通过沉积不整合面识别出三次珊瑚礁生长阶段(Reef A-C):Reef A(128.7±0.5 ka BP起始)与南极温度峰值同步;Reef B(125.7±0.5 ka BP)与北大西洋126 ka BP的Laurentide冰盖(LIS)溃决事件(LILO)相关;Reef C(124.1±0.2 ka BP)则对应格陵兰冰盖(GIS)最大退缩期。其间两个不整合面(~126/124 ka BP)显示短暂海平面下降,其中124 ka BP事件伴随淡水胶结和喀斯特化证据,反映南极冰盖(AIS)再生导致的10-13%海平面指纹效应。
"DISCUSSION"部分创新性提出"冰盖竞争驱动"模型:早期(129-127 ka BP)AIS退缩主导海平面上升,中期(126-124 ka BP)LIS/GIS融化与AIS再生相互抵消,后期(122-123 ka BP)GIS成为主要贡献者。这一异步性解释了为何单个冰盖的实际退缩量可能被低估——例如122 ka BP峰值时,AIS再生可能抵消了部分GIS融化量。与巴哈马、西澳大利亚等全球LIG珊瑚记录的对比显示,这种阶段性生长模式具有普遍性,而塞舌尔的高程记录更可靠(构造稳定且GIA校正小)。
研究结论强调三个关键启示:首先,LIG期间<500年尺度的海平面振荡(如126 ka BP事件)表明冰盖系统存在快速响应机制;其次,残留LIS持续至LIG早期(~126 ka BP)的新认识改写了传统冰盖演化模型;最重要的是,南北半球冰盖此消彼长的竞争模式意味着:在现代气候变暖中,由于两极同步融化,未来海平面上升幅度可能超过LIG峰值(当前预估基准)。这些发现为IPCC评估报告提供了重要的古气候约束,突显冰盖模型需纳入快速动力学过程和半球间相互作用。
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