热带海洋环境研究的新代用指标)))造礁珊瑚14Χ记录

≥∂造礁珊瑚具有独特的生物学和生态学特性珊瑚骨骼生长带详细记录了珊瑚生长的历史和环境变化信息具有高精度!高分辨率的特点是研究热带海洋环境的重要信息载体∀造礁珊瑚及其环境记录已成为国际上最重要和最活跃的研究前沿之一多个国际研究计划都提出利用珊瑚高分辨率的代用指标进行热带海洋气候!环境变化历史的重建研究≈∗∀近年来随着物理!化学等分析测试技术的发展珊瑚环境代用指标的研究获得了重大突破其中以热带海洋表层海水温度≥≥×的研究最为广泛≈已经建立了分辨率可达年!月甚至周尺度的珊瑚骨骼生长率!钙化率!∆≥≤≤和≤等多种≥≥×温度计并重建了热带洋区过去百年尺度的≥≥×变化序列∀此外珊瑚生长率!∆≥≤和荧光带与降水量!河流入海径流的关系也有较深入的探讨≈∀随着珊瑚环境代用指标研究的深入造礁珊瑚放射性碳同位素的环境意义也日益得到科学家的重视≈∀放射性碳≤是珊瑚骨骼碳同位素组成之一除了可应用于珊瑚骨骼的年代测定之外≤记录还能揭示出其他代用指标难以反映的海洋表层洋流运动的变化信息是示踪海洋动力环境的重要特征参量已成为国际热带海洋环境代用指标研究中新的生长点∀珊瑚骨骼≤来源天然的≤形成于大气圈上层是宇宙射线的热中子与大气圈氮原子核相互作用的产物半衰期为年∀≤在大气圈生成后即被氧化为≤在对流层中经过对流与风暴的快速混合作用在很短的时间内即可到达地表并通过大气圈与海水的≤不断交换而进入到海洋中∀溶解在海水中的≤通过≤与重碳酸盐和碳酸盐的交换作用使得珊瑚骨骼吸收并储存有少量的≤并很快与海水中的≤达成平衡状态∀珊瑚死亡之后珊瑚骨骼与海水的≤交换作用也随之停止形成自身封闭的≤衰变环境∀造礁珊瑚一般生存于以浅的表层海水中因此珊瑚骨骼的≤含量主要反映了表层海水溶解性≤的≤浓度∀根据珊瑚骨骼生长带的确切年龄和所测得的≤放射性强度就可推算出当时的珊瑚骨骼以及表层海水的≤含量∀珊瑚≤的主要影响因素太阳活动海洋中的≤来自大气圈大气圈≤浓度变化直接影响到表层海水和珊瑚的≤变化∀大量高精度≤测定和研究发现大气圈中的≤浓度存在数十年至百年尺度的波动主要反映了太阳活动的变化∀太阳黑子!太阳风磁场强度以及太阳总辐射等不同周期性变化调节着入射地球的宇宙射线通量引起大气圈≤产率和浓度的改变进而导致大气与海洋≤交换平衡状态的破坏和气海≤交换率的改变直接影响到海洋表层海水的≤浓度和造礁珊瑚骨骼≤热带海洋环境研究的新代用指标)))造礁珊瑚14Χ记录∗ΑΝΕΩΠΡΟΞΨΟΦΤΡΟΠΙΧΑΛΟΧΕΑΝΕΝςΙΡΟΝΜΕΝΤΑΛΣΤΥ∆Ψ:ΡΑ∆ΙΟΧΑΡΒΟΝΡΕΧΟΡ∆ΟΦΗΕΡΜΑΤΨΠΙΧΧΟΡΑΛ施祺中国科学院南海海洋研究所广州中图分类号°文献标识码文章编号≥≤∞≤∞≥≤°∞科学视野国家自然科学基金项目号和中国科学院南海海洋研究所边缘海地质与古环境开放实验室研究基金资助∀作者施祺出生于年自然地理学博士助理研究员现从事珊瑚礁地质与环境研究∀∞2收稿日期修回日期海洋科学年第卷第期研究报告ΡΕΠΟΡΤΣ含量变化∀澳大利亚大堡礁南部的珊瑚≤记录在太阳黑子∏极小期∗年出现平均高值对应于大气中≤含量的最大值揭示了较长周期的太阳活动变化对表层海水≤的影响≈∀但由于大气和海洋表层海水中≤气体交换的平衡时间约为年海洋对大气圈≤变化起着缓冲作用太阳活动的季节性变化所导致的表层海水≤的变化得到充分混和并快速达到平衡因此对珊瑚骨骼的≤含量影响并不显著∀人类活动/≥∏效应0世纪年代工业革命以来各种化石燃料的使用和生物物质如森林等大数量地遭到破坏产生了大量不含≤的工业≤输入到大气圈中导致大气圈中≤水平降低被称作/≥∏效应0∀/≥∏效应0使得北半球大气中≤降低了约ϕ南半球降低了约ϕ≈∀大气圈≤浓度的降低最终导致与海洋的≤交换平衡的破坏≤由海洋输入到大气圈表层海水的≤浓度相应降低∀根据海气的转换模式计算珊瑚骨骼的≤应该有?ϕ的减小量≈但是这种变化并没有出现在珊瑚骨骼≤记录中∀可能的原因是由于海洋大尺度的海水循环和混合作用使得表层海水≤的小幅度变化短期内达到平衡掩盖了/≥∏效应0≈∀/核试验效应0世纪年代末和年代初期出现的大规模核试验产生了大量的≤使得大气圈中的≤水平显著增大被称为/核试验效应0∀/核试验效应0使得∗年间北半球大气中的≤达到ϕ∗ϕ∗年间南半球达到约ϕ≈∀大气圈≤浓度的升高增大了大气圈与表层海水的≤浓度梯度和交换速率≤由大气输入到海洋中珊瑚骨骼的≤含量大幅度增加∀研究发现≈西太平洋珊瑚骨骼≤含量增长开始于∗年∗年珊瑚骨骼≤含量出现最大增长增长幅度达到ϕ以上∀核试验之后大气圈中的≤值以指数形式下降到∗年≤已经降到约ϕ但大气圈与表层海水仍保持正的≤梯度珊瑚的≤含量在核试验之后仍表现为增加∀由于同位素达到平衡所需要的时间以及海水混合作用的影响珊瑚≤含量的最大值一般要滞后于大气圈的≤最大值并且珊瑚的≤最大值还表现出穿时性的特点≈∀西太平洋珊瑚一般出现在∗年ϕ∗ϕ南太平洋出现于∗年ϕ∗ϕ北太平洋∗年达到最大值ϕ∗ϕ东太平洋最大值出现在年∀此外研究还表明海水的循环和混合作用也减小了/核试验效应0所导致的表层海水≤的增加幅度∀海水循环和混合作用海洋是≤最大的储存库约有的宇宙成因≤储存于深海之中只有储存于表层海水和大气圈中因此海洋动力学状态循环和混合的变化对深层海洋碳酸盐体系≤变化影响较小而对表层海水≤影响则十分显著∀∞≥∞≤≥≥≥∏计划对全球大洋≤分布的研究发现≈表层海水的≤含量变化主要与海洋环流及海水混合过程有着密切的关系∀热带太平洋珊瑚≤记录研究发现≈∗珊瑚骨骼≤存在大幅度的季节性波动季节变化幅度可达到ϕ∗ϕ以上远大于同时期树轮记录到的大气≤浓度的季节变化幅度∀研究指出珊瑚骨骼≤的季节性大幅度变化并不是由太阳活动引起的大气≤变化所形成而是与海水的循环和混合过程有关∀影响珊瑚骨骼≤含量变化的海水循环和混合过程主要包括海水混合层或热盐流深度变化或高≤浓度表层海水和低≤浓度次表层海水的垂直混合速率变化含不同≤海水的大尺度水平对流混合∀此外海洋循环和混合速率的变化还将改变大气圈和表层海水之间的≤平衡状态和交换速率进一步影响表层海水的≤浓度和珊瑚骨骼的≤含量∀珊瑚≤代用指标的环境意义在珊瑚骨骼≤的主要影响因素中太阳活动的变化是一种百年长尺度的影响对珊瑚≤季节性变化的影响可以忽略影响最为显著的/核试验效应0具有特定的阶段性容易从珊瑚≤记录中检测出来∀对于高分辨率的年际或季节尺度珊瑚骨骼≤变化来说海水的循环和混合作用则是最重要的控制因素∀研究发现单一的表层海水和深层海水的垂直混合是很难产生珊瑚骨骼所记录到的表层海水≤的变化幅度表层洋流季节性的水平对流混合起到了主要作用≈∀因此珊瑚≤成为示踪热带海洋表层洋流变化的良好代用指标∀×≥计划就提出利用珊瑚≤记录进行热带太平洋洋流过去年的季节和年际尺度变化研究以及过去百年的世界大洋年尺度的洋流变化和全新世古洋流变化研究≈∀到目前为止国际上的相关研究已经获得了热带太平洋部分海区过去几年以及几十年的珊瑚骨骼≤记录≈∗初步揭示了热带太平洋大尺度表层洋流运≥≤∞≤∞≥≤°∞科学视野≥∂动的变化规律包括热带太平洋海区东西向的洋流运动以及热带和亚热带太平洋之间南北向的洋流运动主要反映了赤道东太平洋低≤浓度的上升流和赤道流以及西太平洋高≤浓度的亚热带环流和赤道逆流之间的季节性变化和相互联系∀同时赤道太平洋海域的珊瑚骨骼≤记录研究还发现珊瑚≤的年际变化与∞≥事件具有很好的对应关系≈∗珊瑚≤记录的最大年际变化均出现在∞≥事件发生的阶段珊瑚≤高值对应于∞事件珊瑚≤低值则对应于事件∀世纪年代以来的∞阶段西太平洋珊瑚≤含量的增高幅度达到ϕ∗ϕ阶段珊瑚≤含量下降了ϕ∗ϕ表现出大幅度的年际变化∀珊瑚≤含量的异常年际变化揭示出∞≥事件对热带太平洋大尺度表层洋流运动的驱动作用∀∞阶段赤道信风减弱或倒转赤道东太平洋热盐流的深度增大低≤浓度的上升流减弱向西输送的赤道流也减弱同时西太平洋的亚热带环流增强高≤太平洋亚热带表层海水大量流入西太平洋向东输送的赤道逆流也增强导致赤道太平洋海区表层海水的≤浓度增高珊瑚骨骼的≤含量出现大幅度的增加∀阶段赤道逆流和西太平洋的亚热带环流减弱赤道信风增强赤道东太平洋热盐流的深度减小低≤浓度的上升流增强向西输送的赤道流也增强大量东赤道太平洋的低≤表层海水流入西太平洋导致赤道太平洋海区表层海水的≤浓度降低珊瑚骨骼的≤含量出现大幅度的减少∀利用洋流模式≤2≤∏对热带太平洋海区表层海水≤分布的模拟研究也得出相似的结论≈∀研究还发现赤道西太平洋珊瑚≤的年际变化表现出≤值缓慢上升快速下降的特点反映出赤道西太平洋和东太平洋表层洋流对∞≥事件的不同响应过程∀∞开始阶段西太平洋的亚热带环流和赤道逆流逐步增强珊瑚的≤值增长平缓相比于≥≥×的最大值珊瑚≤最大值的出现要滞后∗个月≈而∞结束阶段赤道东太平洋上升流和赤道流迅速加强在个月内低≤含量的表层海水快速输送到西太平洋珊瑚≤值快速降低≈∀南海造礁珊瑚≤记录研究展望南海是我国唯一的热带海区广泛分布的造礁珊瑚为南海和西太平洋气候环境变化研究提供了重要的材料和机会∀近年来我国学者已逐步开展南海珊瑚代用指标以及南海高分辨率气候!环境记录的研究分别建立了南海北部不同海区珊瑚生长率!元素和稳定同位素≥≥×温度计≈但在珊瑚≤方面目前仅局限于测年应用珊瑚骨骼≤的海洋环境信息记录研究尚未开展∀作为半封闭的边缘海南海具有不同于开放大洋的海洋动力环境∀南海属典型的季风气候受季风的控制南海表层海流表现出明显的季节性流向变化直接影响到表层海水的≤浓度和珊瑚≤含量∀南海造礁珊瑚高分辨率≤记录的研究可以揭示南海表层海流的变化规律了解南海海洋动力环境变化特征有利于深入探讨南海海洋环境对季风以及∞≥事件的响应过程∀总之南海珊瑚≤记录及其环境意义研究的开展将填补我国热带海洋环境研究中的一项空白为南海高分辨率古环境重建以及未来海洋环境预测研究提供重要科学依据∀参考文献陈泮勤孙成权国际全球变化研究核心计划一北京气象出版社国家气候中心人环境科技气候通讯⁄∏≤∞∏×≥°∞≥•何学贤彭子成珊瑚的古环境信息研究进展地球科学进展⁄∏∞≥√∏2√∏≥∏°∏×⁄¬×°∏∏√2≥∏°∏∏×°≥⁄°√∏°∏∏∏∏×∏√⁄≥⁄°≤∏∏∏≤≥√∏≤∏°∏∏,∏≥∏√∞≥∞≤≥°2本文编辑李本川≥≤∞≤∞≥≤°∞科学视野