近日，國(guó)際地學(xué)自然指數(shù)(Nature Index)期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所和美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)、自然資源部第一海洋研究所等單位合作的最新研究成果“Northward shift of the Northern Hemisphere westerlies in the early to late Miocene and its links to Tibetan uplift”。
研究人員通過西太平洋風(fēng)塵沉積記錄揭示出北半球西風(fēng)帶在中新世之前靠近北緯30度，在早-晚中新世(23-9百萬年前)期間受青藏高原隆升驅(qū)動(dòng)，逐漸向北移動(dòng)到現(xiàn)今位置(~40 N)，隨后在長(zhǎng)時(shí)間尺度上保持相對(duì)穩(wěn)定。研究首次重建了北半球西風(fēng)帶中新世以來的長(zhǎng)期演化歷史，對(duì)于理解全球氣候系統(tǒng)演化與高原隆升之間的流固耦合和構(gòu)造-氣候聯(lián)系有重要意義。
亞洲內(nèi)陸是全球第二大風(fēng)塵源區(qū)，每年約6億噸粉塵從這里被揚(yáng)起，通過西風(fēng)帶或東亞冬季風(fēng)向東輸送，其中大多沉降于陸地成為沙漠或黃土，少部分沉降于西太平洋成為海洋風(fēng)塵沉積。西太平洋風(fēng)塵沉積也因此保存了風(fēng)塵運(yùn)輸途徑的重要信息，成為追溯西風(fēng)演化的重要研究材料。西風(fēng)帶是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，其驅(qū)動(dòng)了中緯度表層洋流，調(diào)節(jié)了海洋和大氣的熱量、水汽及碳交換，對(duì)區(qū)域和全球氣候變化有重要影響。目前關(guān)于西風(fēng)帶演化歷史的研究主要集中在軌道-季節(jié)性時(shí)間尺度，揭示出西風(fēng)帶在冷期向赤道移動(dòng)，暖期向極地移動(dòng)，主要受控于赤道—極地之間的溫度梯度。但在更長(zhǎng)的構(gòu)造時(shí)間尺度上，中新世以來西風(fēng)帶長(zhǎng)期演化歷史和驅(qū)動(dòng)機(jī)制仍不清楚，我們尤其缺乏對(duì)西風(fēng)帶演化是否及如何響應(yīng)亞洲地形構(gòu)造隆升的了解。
圖1 研究站位圖
研究人員利用深海鉆探計(jì)劃(DSDP) 31航次在菲律賓海北部鉆取的296站位巖芯沉積物（圖1），基于已發(fā)表的地球化學(xué)和生物地層年代約束，通過Sr-Nd同位素等指標(biāo)重建了~23 百萬年前以來高分辨率的西太平洋風(fēng)塵通量記錄，追溯了中新世以來亞洲風(fēng)塵輸入西太平洋的歷史，并通過對(duì)比已發(fā)表的北太平洋風(fēng)塵通量記錄，揭示了北半球西風(fēng)帶中新世以來的演化歷史及其與青藏高原隆升之間的聯(lián)系。
圖2 西太平洋Sr-Nd同位素組成的物源示蹤及中新世以來研究站位古地理位置變動(dòng)
物源示蹤結(jié)果顯示（圖2），菲律賓海北部296站位和北太平洋1208站位硅酸鹽組分均為西太平洋島弧風(fēng)化產(chǎn)物和亞洲沙漠B區(qū)風(fēng)塵的混合，其中風(fēng)塵主要來源于塔克拉瑪干沙漠，由西風(fēng)搬運(yùn)。進(jìn)一步計(jì)算并對(duì)比兩個(gè)站位的風(fēng)塵組分占比和風(fēng)塵通量演變后發(fā)現(xiàn)，早中新世，兩個(gè)站位風(fēng)塵通量比值在10以上，此后比值逐漸減小，并在約9 百萬年前減小到~1，并穩(wěn)定保持至今，且二者在9 百萬年前以來維持了相似的變化趨勢(shì)（圖3）。
圖3 中新世以來西太平洋風(fēng)塵通量及青藏高原隆升歷史對(duì)比
研究人員進(jìn)一步分析了造成這種風(fēng)塵通量差異演化的原因。利用Gplates軟件模擬得到了296站位和1208站位中新世以來的古地理位置變動(dòng)，并基于現(xiàn)代風(fēng)塵通量分布模擬了站位移動(dòng)導(dǎo)致的風(fēng)塵通量變化，得到了與地質(zhì)記錄相反的結(jié)果，據(jù)此排除了站位地理位置變動(dòng)的影響?；趦蓚€(gè)站位具有相同的風(fēng)塵源區(qū)，研究人員提出，北半球西風(fēng)帶可能在~23百萬年前從靠近296站位的30 N附近開始向北移動(dòng)，并在~9 百萬年前到達(dá)接近現(xiàn)代的位置(~40 N)，此后在構(gòu)造時(shí)間尺度上保持相對(duì)穩(wěn)定。該結(jié)論得到了模擬結(jié)果的驗(yàn)證。進(jìn)一步綜合對(duì)比青藏高原隆升歷史和新生代全球變冷記錄，并結(jié)合前人關(guān)于地形隆起影響西風(fēng)帶位移的模擬結(jié)果，我們提出青藏高原自晚漸新世以來的大規(guī)模隆升可能驅(qū)動(dòng)了北半球西風(fēng)帶的北移。
論文第一作者為海洋所博士研究生唐藝，通訊作者為萬世明研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)、泰山和鰲山學(xué)者項(xiàng)目的支持。
論文信息：
Tang Y., Wan S.*, Clift P. D., Zhao D., Xu Z., Zhang J., Song Z., Jin H., Li M., Shi X., Li A. Northward shift of the Northern Hemisphere westerlies in the early to late Miocene and its links to Tibetan uplift. Geophysical Research Letters, 2022, doi: 10.1029/2022GL099311
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022GL099311
