古代气候变化的惰性气体证据，揭示北太平洋千年尺度的古气压异常

长期以来，深海北太平洋一直是科学研究的焦点，尤其是它在全球气候系统、海洋环流以及海洋和大气动力学相互作用中的作用。近日，一项新研究为北太平洋古海洋历史提供了新的见解，揭示了千年尺度的深海异常的证据，这种异常很可能受到大气压力系统变化的影响。

这项研究利用氩、氖、氪和氙等惰性气体，为了解过去的海洋状况提供了有力的见解，为海洋表面的压力系统及其与深层水团的相互作用提供了直接证据。这种技术可以追踪海水中惰性气体的存在和行为，对于重建过去的大气条件至关重要，特别是在无法直接测量的情况下。惰性气体具有化学惰性，这意味着它们不会在环境中发生化学反应，因此可以提供一种可靠的方法来追踪长期水团的形成和海洋环流模式。

稀有气体示踪剂及其在古气候学中的作用

惰性气体因其稳定性、非反应性以及对海洋物理过程的敏感性而被广泛用于古气候研究。这些气体在与大气相互作用时会溶解在海水中，它们的浓度模式可用于追踪过去的水团形成和海洋环流的动态。

通过测量这些水样中溶解的惰性气体，研究人员可以评估水团形成的物理过程，包括深海水域如何与表面大气条件相互作用。具体来说，这项研究依赖于氩和氖的测量，这对于了解海洋深处的温度和压力条件特别有用。例如，氖浓度可用于推断过去的海洋温度，而氩饱和异常可以洞察千年时间尺度上的压力变化。

此外，该研究还利用多示踪剂诊断模型重建了气压异常的时间和幅度，该模型结合了多种地球化学指标，包括放射性碳数据，以校准结果并提高重建的过去海洋条件的准确性。这种方法使研究人员能够发现北太平洋深层异常的清晰特征，这与全新世期间大气压力系统的重大变化相对应。

新的研究发现

美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所一项新的研究，对太平洋经线断面沿线溶解的惰性气体进行精确测量，发现最古老的北部底层水与大气保持平衡，气压高于较新的水。

氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)等惰性气体是过去水温和海洋环流模式的敏感指标。这些气体可溶于水，其浓度随温度和压力而变化，因此可用于重建过去的气候条件。

研究发现，海洋温度和压力发生了明显变化，这与大气系统的变化相一致。这些变化在千年时间尺度上尤为明显，表明北太平洋的长期气候和海洋过程比以前认为的更具动态性。由于地热加热效应，导致深海稀有气体饱和度发生变化，通过利用稀有气体数据，研究人员确定了0.05°C的饱和度异常变化，反映了深海平衡状态的变化。这位千年尺度的北太平洋深层古气压异常提供了证据。

此外，研究发现了最古老的北部底层水。研究人员通过测量惰性气体，追踪这些水团的年龄，发现这些水团是北太平洋最古老的水团。这为存在长期显著异常提供了进一步的证据，因为这些水域由于深海洋流停滞而与最近的气候变化隔绝。

研究表明，这些异常与晚全新世和可能的最后一次冰期期间北太平洋深海环流和深水团物理性质的重大变化有关。

这项研究阐明了深海和大气之间复杂的反馈回路，有助于更广泛地了解海洋-大气相互作用如何影响千年尺度上的地球气候系统。

思考

驱动深海压力变化的潜在机制是什么，特别是与太平洋和南大洋的冰盖动力学和热膨胀有关的变化？太平洋经向翻转环流等深海环流的变化如何影响大气压力模式和区域气候？海洋环流和气压的变化如何反馈到全球气候系统中，以及它们在过去的气候突变事件中发挥了什么作用？

参考文献：W. J. Jenkins, A. M. Seltzer, G. Gebbie & C. R. German ，Noble gas evidence of a millennial-scale deep North Pacific palaeo-barometric anomaly.  Nature Geoscience volume 17, pages114–117 (2024)，doi.s41561-023-01368-z

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