新生代以来底栖有孔虫碳氧同位素变化在偏心率长周期上的相位关系及其指示意义

摘要

新生代以来地球气候依次经历了两极无冰、单极有冰和两极有冰的气候状态,对比研究这些不同气候背景下地球气候的演化历史可以为我们全面理解新生代气候演化的驱动机制提供新思路.为了探索偏心率长周期上(400 ka)气候变化与冰盖演化和碳循环之间的关系,汇总了新生代以来全球大洋10个站位底栖有孔虫成对的δ18O和δ13C记录,采用交叉小波、瞬时相位和滤波方法,分析了它们在偏心率长周期上的相位关系.分析结果表明,新生代大部分时段底栖有孔虫 δ18O和δ13C在偏心率长周期上都具有较高的相关性,但是晚中新世到早上新世相对较弱.新生代底栖有孔虫 δ18O在偏心率长周期上略领先δ13C的变化.古新世-始新世无冰期,偏心率长周期上底栖有孔虫 δ18O和δ13C接近同相位,主要由轨道驱动的降水变化引起的营养盐-生物泵和陆源碳输入控制,该过程强调碳循环的低纬驱动.渐新世-中新世南极有冰的气候状态下;δ18O和δ13C的相位关系及其驱动机制与古新世-始新世类似,这表明南极冰盖对碳循环和气候变化的影响有限.此外,中新世冰盖变化引起的海平面升降导致陆架碳酸钙在冰期-间冰期旋回上的变化是促使中新世底栖有孔虫 δ18O和δ13C在偏心率长周期上趋于同相位的一个重要原因.在中中新世气候适宜期,偏心率长周期上δ13C短暂领先 δ18O的变化可能是由于火山除气作用导致CO2大量入侵海-气系统所致;约13.8 Ma东南极冰盖扩张之后,偏心率长周期上 δ18O开始领先δ13C的变化,并且相位差逐渐增大;表明东南极冰盖扩张足以通过调节大洋环流、海平面、生产力、陆源碳输入和陆地植被进一步影响大洋碳循环和气候变化.上新世以来偏心率长周期上 δ18O领先δ13C变化,并且相位差达到了新生代的最大值(约100 ka),表明两极冰盖的大幅度生长,已经深刻影响了碳循环和气候变化.