burning及海洋初级生产力评估

BiomassburningandoceanicprimaryproductionestimatesintheSuluSeaareaoverthelast380kyrandtheEastAsianmonsoondynamicsL.Beaufort,T.deGaridel-Thoron,B.Linsley,D.Oppo,N.Buchet由Biomassburning及海洋初級生產力評估最近38萬年在蘇祿海的東亞季風動力在冰河時期EAWM會增強，從pp在頻帶上的反應可看出歲差力似乎直接作用於EAWN。利用底棲性浮游有孔蟲豐度形態分析，呈現出阿拉伯海在冬季季風與夏季季風時有孔蟲豐度相位幾乎相反。micro-charcoal的記錄呈現出複雜的型態，我們歸因於EASM長時間受ElNinoSouthernOscillation(ENSO)的營力及冰期-間冰期(glacial/interglacial)循環影響。在距今5萬1千年~1萬年間，micro-charcoal變化量增加應是由於澳大利亞原住民Biomassburning的火棒耕作習慣影響。Abstract分析在蘇祿海(SuluSea)取得的岩心MD97-2141中鈣板藻及micro-charcoal含量可幫助重建此區海洋初級生產力(primaryproduction，pp)及biomassburning兩者各別的動力。pp在東亞季風(eastasianwintermonsoon，EAWM)盛行期間會增強，因此pp可代表EAWM動力。由於Biomassburning強度與周圍區域乾燥程度有關，(EastAsiansummermonsoon)EASM期間沉積物的micro-charcoal含量也被做為EASM強度的反指標。冰期期間阿拉伯南方的印度夏季季風(ISM)減弱與歲差運動及直接日照有明顯關係，ISM的動力可從阿拉伯海的沉積物建立。Introduction本次研究取用之岩心(MD97-2141)取自MarionDufresne在1997/5月的航程，岩心約3800公尺深，其中碳酸鹽保存良好，沉積物主要由超微化石有孔蟲軟泥組成，另外包含大量明顯的micro-charcoal礦物。Material岩心MD97–2141在蘇祿海的位置圖(08°47’N,121°17’E,3633m深)。Methods3.1microscopiccharcoal沉積物經過基本清洗過濾掉泥及其他礦物後，利用表面像素(Sp=25.6x10-9mm2)，表面濾光器(Sf=1250mm2)，表面掃描電子顯微鏡(Ss=170mm2)，沉積物重(W)及稀釋(D=0.5)，得出每克(g)沉積物中，總表面積(inmm2)被黑粒子佔用(microscopiccharcoal)(MC)的總表面積(inmm2)。MC=(P×Sp×Sf)/(D×W×Ss)=0.00376Pmm2/Wg以得出主要的microscopiccharcoal含量。Methods3.2coccoliths3.2.1countingFlorisphaeraprofunda(Fp)的百分率的計算根據下列等式Fp%=100(numberFp/totalcoccoliths)Fp%95%的信賴區間變化介於±2%及±6%之間。3.2.2.Primaryproductiontransferfunctionpp的估計是由F.profunda相對豐度的計數依下式轉換為ppPP=316log(%Fp+3)此等式源自於以衛星觀測葉綠素推測的現代生產力，並適合印度洋的岩心頂部的鈣板藻計數，此轉換函數在赤道大西洋及太平洋已證明是可靠的。3.2.3.ChronostratigraphyMethods岩心的時間模型包含Globigerinoidesruber與G.sacculifer.(兩種球菌)28AMS14C年代3.3.Timeseriesanalysis我們利用Blackman-Tukey及Cross-Blackman-Tukey提供的packageAnalyseries的方法完成頻譜分析。EAWM在一月到三月出現會促進此區域鈣板藻生長，即pp與風力增強使海洋上部強烈混合有關，因此在蘇祿海鈣板藻的記錄資料包含古生產力改變及EAWM變化。ResultsResults現今在蘇祿海每年pp為148g碳m-2yr-1，接近最近380kyr中pp平均值149g碳m-2yr-1。冰期-間冰期時間尺度中，pp在冰期時增加，在間冰期時減少。micro-charcoal的絕對豐度變化介於1~185mm2/g，碳的通量和絕對豐度密切相關。我們只討論絕對豐度，因為通量的資料可能因年代不連續而有偏差或者可能在活塞岩心採樣過程中有擾動。經由交頻譜分析(cross-spectralAnalyses)古生產力記錄，其中呈現的波峰符合米蘭科維奇理論中主要軌道週期(1/100kyr,1/41kyr及1/20kyr)。Results虛線是δ18O實線是pp主要頻率在29-kyr-1及19-kyr-1較強，19-kyr-1與歲差有關(左圖)。micro-charcoal豐度在冰期期間增加，但與δ18O和pp較無關係(右圖)。micro-charcoal豐度只有在長時間冰期中呈現週期性增加趨勢(右圖)。Resultsmicro-charcoal豐度在距今60ka開始增加並在距今51ka最高。在60ka之前碳的平均豐度為31mm2/g，在之後則為71mm2/g，指出兩倍的關係。最後冰消時期micro-charcoal豐度顯著減少，相似於δ18O的記錄。在380~300ka間micro-charcoal豐度相對高於平均值42mm2/g，這種長期趨勢呈現不完整的冰期-間冰期循環。ResultsDiscussion頻譜分析中pp的記錄所呈現的米蘭科維奇頻率主要為100-kyr及41-kyr循環。交頻譜分析也指出這些頻率與δ18O有高度的一致性。在41-kyr頻帶δ18O有延遲現象，在100-kyr頻帶pp與δ18O同相。此暗示著藉由δ18O記錄pp反應出強烈快速的全球變化。1.Wintermonsoondynamics虛線是δ18O實線是pp冰河時期，增強的西伯利亞高壓在寒冷北方大陸會加強冬季季風，而pp反應冬季季風動力的變化在最近38萬年明顯與冰期-間冰期循環有關。目前在蘇祿海出現的pp記錄不只反應出冰川體積20-kyr記錄，也由20-kyr的變異推測低緯度溫躍層結構有變化。這些波動類似目前的ENSO循環，但活動的時間尺度更長。Discussion1.Wintermonsoondynamics半歲差(10-kyr)明顯呈現在記錄中，它可能受Inter-TropicalConvergenceZone(ITCZ)每年通過蘇祿海上方影響，因此歲差循環中日照最大期會是影響ITCZ及ENSO的重要時期。最後在記錄中出現5萬8千年的週期符合千年的pp變化，可說明冬季季風對北冰棚動力的迅速反應，相似於Dansgaard-Oeschger週期間GRIP與pp的記錄。2.Biomassburning2.1.HumanimpactDiscussion長時間變化中micro-charcoal集中在MIS2,3期(距今51000至13000間)的特殊趨勢，這些高集中區並未出現在其他冰河時期(MIS4,6,8and10)。距今5萬年時澳大利亞原住民到達澳大利亞西南方和蘇祿海周圍的土地。這些年代符合岩心(距今12000-51000)的高micro-charcoal含量，此時人類還未實施農業，但他們會像澳大利亞原住民一樣燃燒獵物和清除植被(火耕)。全新世間冰期中的micro-charcoal含量較低多半因潮濕的環境改變人類習慣，因此夏季季風動力是此區域生質燃燒變異量的主要機制。Discussion2.Biomassburning2.2.Summermonsoon由於夏季季風時大量的降水，micro-charcoal濃度記錄指出夏季季風在冰河時期大幅減少。花粉證據指出在澳大利亞和印度尼西亞的乾旱增加，中國黃土也指出在東北亞夏季風強度較低，冰川削弱的特徵共同出現在印度和亞洲。ENSO也強烈影響此區域夏季季風降雨強度，在ElNin˜o事件期間多為乾燥天氣環境。經由micro-charcoal3萬年的頻譜記錄，歲差(日照)及離心率(冰期/間冰期變化)呈現非線性的影響。在冰期較冷階段時的降雨符合歲差週期中的季風期，在冰期中溫暖階段，ElNin˜o頻繁且強烈，因此ENSO成為降雨的限制因素。在冰期中歲差帶的相位轉移120°，其中micro-charcoal記錄的趨勢似於低緯度日照變化。Discussion2.Biomassburning2.2.Summermonsoon我們反轉SPECMAP記錄中每個間冰期歲差記號，平滑的micro-charcoal紀錄與新序列（SPECMAP轉換）間關係顯示了波間良好的相位。micro-charcoal記錄及SPECMAP轉換的交頻譜分析在接近30kyr及19kyr有顯著一致性。Discussion2.Biomassburning2.2.Summermonsoon此相位意味著偏心率與歲差對氣候的反應。其導致能量從23-kyr週期轉移為30kyr(1/100-1/23=1/29.9)及19kyr(1/100+1/23=1/18.7)週期。Discussion2.Biomassburning2.2.Summermonsoon3.RelationbetweenwinterandsummermonsoonsDiscussionmicro-charcoal及pp在21kyr-1處呈現顯著的一致性(95%)，此階段兩個序列的變化，意味著夏季季風(低micro-charcoal)及冬季季風(高pp)總相位相反。Conclusions1.在冰河期夏季季風減弱，冬季季風增強。2.現今的氣候顯示ENSO事件明顯影響冬季季風，而後夏季降水減少。歲差促使長期ENSO變化說明了在歲差時間尺度中夏季和冬季季風動力的相反型態以及夏季季風的複雜型態的變化。3.兩記錄間的關係很難去建立，因為冬季季風動力基本上是由冰期-間冰期動力推動，而ENSO循環強烈影響夏季季風。僅管如此，在歲差時間尺度夏季季風及冬季季風出現在完全相反相位，並且δ18O(或-δ18O)約在2000年時提高。4.智人可能是距今51000年後碳豐度增加一倍的原因，當地生質燃燒增加沒有改變夏季季風動力在自然情況下直接影響的火災頻率。