冰盖和岁差如何控制太平洋生产力，一项 55 万年的气候研究

亚北极太平洋在全球海洋环流和生产力中发挥着重要作用，特别是通过其与气候和地球物理力量之间复杂的相互作用。最近一项研究，提供了有关冰盖动力学和地球轴向进动如何在过去 55 万年中塑造该地区生产力和上升流的见解，研究揭示了冰盖、天体力学和海洋生产力之间复杂的相互作用，启发了我们对地球气候历史的理解。

亚北极太平洋是全球气候调节的关键区域，特别是由于其海洋学和生物地球化学功能。它对各种因素都很敏感，包括地球气候的变化、冰盖的行为以及地球轨道的周期性变化，例如进动。进动是地球轴线方向的逐渐变化，它会影响太阳辐射的季节性分布，进而影响海洋生产力和上升流。

在超过五个冰期周期中，亚北极太平洋经历了这些力量之间的复杂相互作用，这些力量塑造了该地区的生物生产力。海洋生态系统的生产力受到营养丰富的水体上升的严重影响，而水体上升本身又受到气候变化的驱动。了解这些动态如何随时间变化，特别是在冰期和间冰期过渡期间，对于重建过去的气候和预测气候变化下海洋生态系统的未来趋势至关重要。

冰盖动力学和上升流

冰盖的行为，特别是其在冰期-间冰期循环中的增长和消退，对全球海平面、海洋环流和海洋生态系统的养分循环有着深远的影响。在冰期，大型冰盖会抑制全球海平面并改变大气环流模式，包括风驱动的上升流。北半球冰盖的增长增强了西风，这反过来又增强了亚北极太平洋海岸的上升流，将富含营养的深水带到了地表。这一过程提高了生物生产力，支持海洋生态系统更高的碳封存率。

相反，在间冰期，冰盖的消退削弱了上升流，导致生产力下降。然而，在较暖的时期，如全新世，进动和其他轨道参数在决定上升流性质方面的作用变得更加突出。随着地球轴向倾斜的变化，太阳辐射的分布也发生了变化，进一步调节了亚北极太平洋海洋条件的强度。

岁差及其对气候和海洋生态系统的影响

岁差（又称地轴进动，axial precession）影响着地球的季节性气候模式，尤其是在亚北极太平洋等高纬度地区。当北半球在夏季更直接地向太阳倾斜时，太阳辐射会增加，导致温度升高，海洋季节性热分层更加强烈。这可以抑制垂直混合，减少到达海面的深水量。另一方面，当倾斜不太明显时，较弱的夏季加热会导致分层减少和上升流更强劲，从而促进海洋生产力的提高。

由岁差引起的温度变化与海洋环流模式之间的相互作用形成了调节区域气候和海洋条件的反馈回路。通过分析该地区的沉积物岩心数据，研究人员可以追踪地球轴向倾斜的长期变化如何影响数千年来亚北极太平洋的生产力和营养动态。

最新的研究发现

自然资源部第一海洋研究所、山东省深海矿产资源开发重点实验室、海洋地质与成矿作用重点实验室引导的一项研究，利用从西北太平洋采集的高分辨率沉积物岩心，这些岩心用于分析同位素指标，例如230Th 标准化的输出生产力记录，这些指标可以洞悉该地区过去的生物活动。通过研究这些沉积物岩心，研究人员可以重建过去五个冰期周期中生产力、上升流和营养动态的变化。

此外，该研究还分析了冰盖波动和岁差周期，将其作为区域气候变化的主要驱动因素，这使得研究人员能够将生产力的变化与冰盖大小和地球轴向倾斜的变化直接关联起来。

研究发现，亚北极太平洋的生产力受到冰盖波动与地球岁差周期相互作用的显著影响，而地球岁差周期决定了阳光的季节性分布。冰盖和程度较小的岁差是控制西风强度和纬度位置的主要驱动因素，在气候变暖期间，由于西北风的加强和向极地迁移，富营养/富碳水的上升流增强，这可能导致亚北极太平洋中先前封存的二氧化碳释放到大气中。研究结果还强调了亚北极太平洋在调节更新世气候周期中p CO 2变化方面的重要作用，尤其是在岁差时间尺度上。

从沉积物岩心观察到的一个值得注意的现象是，存在与冰川最大值相吻合的生物碳封存事件。这些时期的特点是输出生产力显著增加，大气中的碳被海洋生物捕获并运输到深海。这对于理解亚北极太平洋在长期调节大气二氧化碳水平方面的作用具有重要意义。

研究表明，地球的岁差周期与亚北极太平洋海洋条件的变化之间存在很强的相关性。在岁差增强期间，该地区的太阳辐射会经历更大的季节性变化，从而导致营养动态和海洋环流发生变化。这可能导致初级生产力的变化，从而对该地区的生态系统和全球碳循环产生更广泛的影响。

这项研究还强调了该地区对冰川周期反应的变化。虽然总体趋势表明冰川期生产力增加，但这些周期的强度和持续时间可能会有所不同。该研究结果为了解过去海洋生产力如何响应这些地球物理过程的变化提供了重要的见解。

思考

冰盖动态和进动如何与其他长期气候变化（例如海洋环流或太阳辐射）相互作用，从而影响亚北极太平洋的生产力？在冰盖的膨胀和消退过程中，控制营养循环的具体机制是什么？亚北极太平洋的生态系统对冰盖体积或进动周期变化的适应速度有多快？上升流、生产力和冰盖动态之间存在哪些反馈机制，可能会放大或抑制气候变化？

参考文献：Zhengquan Yao, Xuefa Shi, Qiuzhen Yin, Samuel Jaccard, Yanguang Liu, Zhengtang Guo, Sergey A. Gorbarenko, Kunshan Wang, Tianyu Chen, Zhipeng Wu, Qingyun Nan, Jianjun Zou, Hongmin Wang, Jingjing Cui, Anqi Wang, Gongxu Yang, Aimei Zhu, Aleksandr Bosin, Yuriy Vasilenko & Yonggui Yu ，Ice sheet and precession controlled subarctic Pacific productivity and upwelling over the last 550,000 years.  Nature Communications volume 15, Article number: 3489 (2024) ，doi. s41467-024-47871-8

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