环极深水历史入侵罗斯海对古罗斯冰架的影响及其气候意义

时间：2025年6月29日

来源：SCIENCE ADVANCES

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为揭示南极冰架对气候变化的响应机制，研究人员通过多指标重建方法，解析了罗斯海过去4万年的海洋-冰冻圈相互作用。研究发现末次冰盛期后暖性环极深水(CDW)入侵导致古冰架退缩，证实了大气环流(西风带与东风带南移)驱动区域海洋热输送的关键作用，为预测未来海平面上升提供了古环境参照。

南极罗斯冰架作为南极冰盖最大的稳定器，其未来在气候变暖下的动态变化直接关系到全球海平面上升幅度。然而，当前对冰架历史响应机制的认识仍存在重大空白，特别是海洋暖水入侵与大气环流的协同作用如何影响冰架稳定性。这一知识缺口严重制约了对南极冰盖未来演变的预测能力。

为破解这一难题，来自意大利国家研究委员会极地科学研究所等机构的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要成果。研究人员选取罗斯海西部JOIDES海槽的沉积岩芯TR17-02，通过创新性整合羟基化甘油二植烷基甘油四醚(OH-GDGTs)古温度计、高支链类异戊二烯(HBIs)生物标志物、有孔虫组合等多指标，首次重建了末次冰盛期以来罗斯冰架边缘的精确演变过程。

关键技术方法包括：1) 基于25个AMS¹⁴C测年数据建立高精度年代模型；2) 采用OH-GDGTs指标重建次表层水温(SOT)；3) 利用IPSO₂₅标志物追踪冰架边缘位置；4) 结合沉积学与地球化学指标划分古环境单元。

【研究结果】

沉积速率与古环境重建
通过Zr/Rb比值和磁化率分析，识别出4个沉积单元：A单元(40.5-20.4 ka BP)显示低沉积速率(1 cm/ka)和远端冰架下环境；B单元(19.6-16.7 ka BP)含典型冰架崩解带特征，出现具刺状结构的Trifarina earlandi有孔虫，指示强水动力条件。
生物标志物揭示冰架动态
IPSO₂₅在16.6 ka BP出现峰值(0.140 ng/cm²/年)，证实冰架边缘曾位于钻孔位置。随后HBI III和brassicasterol在16-11 ka BP显著升高，反映开放海域生产力激增，与暖性改良环极深水(mCDW)入侵同步。
大气-海洋耦合机制
OH-GDGTs重建显示次表层水温在18-12 ka BP升高2°C，与南极绕极流上升流增强期吻合。这表明西风带南移通过削弱南极沿岸流(ASC)，促使mCDW突破大陆坡前沿(ASF)进入陆架区。

【结论与意义】
该研究首次证实末次冰消期早期(约16.6 ka BP)罗斯冰架即开始形成JOIDES海槽湾，比已知的接地线退缩(约13 ka BP)早3000年。这种"先漂浮冰退缩、后接地冰后退"的模式揭示：1) 西风带迁移通过调控mCDW热输送主导冰架退缩初始阶段；2) 冰架减薄可能通过海洋-冰架正反馈加速后期接地线后退；3) 当前气候变暖背景下类似的环流变化可能重演。

这项研究为理解南极冰架对大气环流变化的敏感性提供了关键古环境证据，其揭示的"风场-洋流-冰架"耦合机制将显著提升对南极冰盖未来演变的预测精度。特别是提出的"海槽优先退缩"模型，为改进冰盖模型参数化方案提供了新约束条件，对评估全球海平面上升风险具有重要科学价值。