摘要
在相对稳定的全新世气候之前,北半球发生了明显的突然变暖事件,即新仙女木寒冷期的结束1,2.尽管这一转变已被深入研究,但其对低纬度海洋温度的影响仍存在争议,其对次年至十年气候变化的影响仍知之甚少1,3.,4.在当前和未来的全球变暖下,热带大西洋这些时间尺度上的海表温度(SST)变率预计将加剧,并对非洲和南美洲的环境条件以及热带太平洋气候产生重大影响5,6,7,8.在这里,我们提出了一个100微米分辨率的记录,通过质谱成像(MSI)从卡里亚科盆地沉积物中获得长链烯烃酮9,10,11并发现年平均海表温度在向全新世过渡期间保持稳定。然而,季节性增加了两倍以上,接近1.6°C的现代值,这可能是由热带辐合带(ITCZ)的位置和/或年度范围所驱动的。我们进一步观察到,在全新世早期,年际变化加剧。我们的研究结果表明,热带大西洋亚年代际尺度的海温变化对气候背景的突变非常敏感,例如最近一次冰期到间冰期过渡期间的气候背景突变。
主要
全新世温暖而相对稳定的气候促进了现代生态系统的发展,促进了人类社会的繁衍及其文化多样化。然而,它的发生与气候突变有关。更新世和全新世之间的界限是由终止YD寒冷期的北半球突然变暖所定义的12.在公元2000年之前,YD从大约12.9万年持续到11.7万年(kyr b2k)13这是由高纬度淡水排放导致大西洋经向翻转环流减少引发的14.它的影响迅速传播,影响了全球的水文气候和温度1,2.尽管相关的降温在整个北半球占主导地位,但南半球,特别是高纬度地区,却出现了被定义为两极跷跷板的变暖现象15.来自Cariaco盆地(位于委内瑞拉附近的缺氧海洋盆地)的每年分层(变层)沉积物对于确定yd -全新世过渡的热带响应至关重要。全新世早期的湿润期接替了干燥期16,导致植被变化17.YD结束时,初级生产力也发生了变化11,18,19以及浮游植物群落组成20..这些现象可以用ITCZ向北迁移来解释,这导致降水增加,但该地区信风和上升流减少11,17,19.
对于海表温度,重建的低纬度变化模式更加不均匀,假设YD对水循环的影响大于对海表温度的影响1.在热带北大西洋西部(TNA),不同的重建得到了不一致的结果,从分子代用物和浮游有孔虫的角度都证明了略微变暖的YD,这与向北热输送的减少一致4,21,但根据卡里亚科盆地有孔虫的记录,这也是一个相对较冷的YD3..
这些SST重建记录了平均状态的变化,将几十年或几个世纪的平均值转化为单个数据点。然而,在这一和其他显著的气候转变期间,季节性海温变化对年际海温变化的强迫作用仍未被探索。然而,这些时间尺度上的扰动是高度相关的:TNA中的海温变化深刻地影响着非洲和南美洲的降水,包括巴西东北部的灾难性干旱8,调节飓风的发生7,并影响热带太平洋气候,特别是厄尔Niño-Southern振荡(ENSO)5.因此,在不断变化的气候背景下了解TNA海表温度的变化是有意义的,特别是考虑到在温室变暖下的加剧已经得到了预期6.
我们分析了公认的\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)基于happhyte衍生烯烃酮分布的SST代理22,通过MSI10在Cariaco盆地年代良好的岩心MD03-2621的60厘米剖面上进行了100 μ m分辨率的检测。这一段跨越了大约11.9至11.2 kyr b2k的年龄,因此包括了yd -全新世的过渡11.由此产生的海温记录提供了最近冰期到间冰期转变期间海温的季节性到年际变化的见解。
年平均海表温度
尽管ITCZ的北移导致了沉积物反射率的突变,导致了广泛的环境变化(图。1 b)和阀门厚度11,19,我们的高分辨率重建表明,年平均海表温度在yd -全新世过渡期间保持不变(图。1).在以反射率为基础的yd -全新世过渡中点(11.673 kyr b2k)前后200年11,海温平均值分别为23.8±1.0℃和23.8±1.6℃。这是与常规一致的\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)在本研究中进行的分析与先前由赫伯特和舒弗特报道的分析23但与Lea等人描述的YD冷却不同。3.(扩展数据图。1).我们认为,向全新世的过渡对平均年海表温度没有影响,来自卡里亚科盆地和TNA的相互矛盾的低分辨率海表温度记录可以用季节影响和水柱分层的变化来解释。这种季节性的影响将在下面的专门章节中探讨。
在大约11.50到11.45 kyr b2k之间观测到三个显著的海温极大值,因此与“11.4 ka冷事件”或北前振荡(PBO)时间一致(扩展数据图)。2).PBO是由热盐环流减弱引起的24,25,在欧洲和北美的记录中,这标志着气候向更干燥、更寒冷的转变25,26.这些极大值将在中更详细地讨论方法,标题为“在全新世过渡期间和全新世早期,10年尺度到100年尺度的海温变化”。
海温年际变化
虽然在新世-全新世过渡期间,海温的长期变化趋势几乎没有受到影响,但短期变化却有所增加。频率分析的年解析\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)海温记录表现出持续的百年(120年)和多年(42年)周期。在YD后期,亚年代际频率的变异性较弱,但在11.66 kyr b2k大幅度增强(P= 0.006),并在全新世剖面中保持突出(图。2 a - c和扩展数据图。3.).现代热带大西洋表现出强烈的年际异常,主要表现为类似于太平洋厄尔Niño的纬向模式,以及由纬向海温梯度、ITCZ位置和信风强度相互作用产生的经向模式27,28.
这种变化是由本地过程驱动的,但也可能受到ENSO和北大西洋涛动的强迫29,30..ENSO与TNA海表温度有很强的遥相关:北半球秋冬季厄尔Niño事件往往导致TNA次年春季海表温度出现正异常31,32,33(扩展数据图。4).因此,在YD后期海温年际变化的减弱似乎与YD期间融水诱导的翻转环流崩溃导致ENSO振幅增加的假设相冲突34,35基于年龄为12.5和12.2 kyr b2k的离散样本的个别有孔虫分析,对yd中ENSO增强的估计(参考文献)。36,37).然而,我们的数据反映了大约过去两个世纪的YD,当时融水效应可能已经停止。Cheng等人。2最近声称,由于厄尔Niño条件转变为拉Niña-like条件,YD终止可能始于南半球(约11.9 kyr)或热带太平洋(约12.3 kyr)。这种转变会导致大西洋经向翻转环流逐渐加强,直到达到一个临界点,导致北大西洋温度突然上升。因此,在YD后期,ENSO的微弱遥相关是可行的,除其他因素外,可能有助于TNA海表温度变化的减少。全新世早期海温变率的增强可能与ITCZ的北移或海冰的退缩有关。
海温季节变化
在我们的记录中,次年度海温变化可以通过将海温信号反卷积为上升流和非上升流季节来评估。这是通过结合沉积物颜色、元素组成和\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)每个微米大小的光斑(方法,标题为“SST季节性的评估”和“yd -全新世过渡期间Cariaco盆地沉积物中的阀门形成和烯烃酮沉积”部分)。使用微x射线荧光光谱分析与MSI分析一致的样本点,我们证实了所研究的层状对联代表了年周期,正如Hughen等人已经提出的那样。18:深色层富含Fe、Ti和Ca,与多雨非上升流(夏/秋)沉积陆源物质和生物成因CaCO相对应3.来自有孔虫或球石藻。Si丰度在较轻的层中最高,对应于上升流(冬季/春季)季节硅藻生物源猫眼石产量的增加(图。3 b和扩展数据图。5).这个季节性蓝图被用来评估烯酮丰度的变化(扩展数据图。6),\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)基于SST重构。浅层记录较低的海表温度值,与上升流诱导的冷却一致,而深层显示较高的海表温度值(图。3 c和扩展数据图。7).基于沉积物颜色的重建海表温度反褶积使我们能够计算海表温度的季节性,海表温度定义为非上升流季节和上升流季节平均海表温度之间的差异。全新世海温季节性显著增强(P< 0.001),这种增加在一系列沉积物颜色值中都是稳健的,这些值被选择来将数据分为上升流季节和非上升流季节(扩展数据图)。8).将季节性变化拟合为斜坡(见方法(题为“海温季节性的评估”部分)的结果是在11.64 kyr b2k时从0.8°C突然增加到1.8°C,而施加更渐进的增加则导致从0.6°C到1.8°C的160年趋势(图。3).因此,重建的全新世早期季节性与现代卡里亚科盆地(1.6°C)相似。
季节性的增加与沉积物反射率的变化是同步的,我们认为两者都是由ITCZ的位置所迫。热带大西洋海温的年度变化是由海洋和大气之间的反馈驱动的38,39,40,海表温度极大值与ITCZ的季节性迁移相耦合。它在夏秋季节最北端的位移导致了加勒比海最温暖的表层水域。因此,雨季后期的季节性减弱可以解释为ITCZ的平均位置南移和/或其年范围的收缩。
Cariaco盆地的局部特征可能进一步加强了这种影响。该盆地位于大西洋ITCZ的当前迁移区域内,更准确地说是在其最北端。这转化为一个强烈的季节周期:在夏秋季,强降水与ITCZ位于流域集水区有关,并导致当地河流的强烈排放41.在冬季和春季,随着ITCZ向南迁移,它会产生强烈的信风,上升流增加,分层减弱,初级生产力最高,生物物质输出42.我们认为,在过渡到全新世期间,随着ITCZ向北移动和/或其年范围的扩大,夏秋季节得到了更大的淡水输入,而受区域风和上升流的影响较小11,16,19.这允许密度分层的发展,与上升流季节较冷的混合水柱相反,有温暖的表层。海温季节性的初期加强将进一步得到日照季节性最大值的支持43(扩展数据图。9).
在现代卡里亚科盆地,温度已被确定为浮游植物组成的主要驱动因素44例如,较高的温度会对大多数硅藻产生负面影响。因此,较强的海温季节性和较温暖的非上涌季节可能与浮游植物组成的更明显的年度演替以及从硅藻主导的全新世到球石藻主导的全新世的转变有关20.,45.我们进一步提出,季节性的这些变化将会影响之前低分辨率的海温重建。Lea等人推断的突然变暖。3.可能实际上反映了非上涌季节热分层水柱的海表温度增加(方法,标题为“季节性变化对YD和TNA西部全新世早期海温记录的影响”和扩展数据图。9 b).
Bova等人。46提出了全新世和末次间冰期热极大值等气候事件实际上与较大的季节效应有关,但海表温度的年变化较弱。我们的数据集提供了基于代理的证据,证明在更新世-全新世边界最近一次向温暖气候的突变期间TNA的这种季节性影响。我们的记录进一步描述了这一边界上TNA年际海温变化的加强。通过揭示这些以前隐藏的海温变率来源,我们得出结论,气候系统的高频成分可能对气候背景的变化特别敏感。在过去,通过重建来评估关键气候转变过程中的这种可变性一直受到代理记录分辨率不足的阻碍,但现在通过基于msi的分子代理分析及其与其他高分辨率技术的结合是可行的。
方法
研究网站
Cariaco盆地位于委内瑞拉的大陆架上,是一个大的凹陷(约160公里长,约65公里宽),由两个约1400米深的子盆地组成。它被一系列深度不到150米的基岩部分地与加勒比海隔离开来。47).这限制了盆地深水的更新,再加上强烈的地表初级生产力导致的高需氧量,导致目前约275米深以下的水域缺氧47,48.
卡里亚科盆地明显的季节性,加上缺氧的底水有效地防止了生物扰动,导致了每年层状(有壳)沉积物的积累。由于沉积物是在最后一次冰川消退和全新世期间变化的,而且由于该地区对气候变化的敏感性,它们被认为是最有价值的高分辨率海洋气候档案之一,并已成功用于研究热带地区的气候变率3.,11,16,17,18.在yd -全新世过渡时期,阀门厚度约为1mm以上18.
核心和年龄模型
根据海洋钻探计划和IMAGES取心计划的规定收集了卡里亚科岩心。在这项研究中,数据来自海底以下480至540厘米之间的深度,包括yd -全新世的过渡。由depazes等人建立了MD03-2621芯的详细年龄模型。11并基于全反射与卡里亚科盆地的彩色记录的相互关联49,50.对于所研究的区间,原始年龄模型基于浮动阀门年表,通过匹配锚定在树木年轮数据上14C数据49.通过将反射率数据与NGRIP冰芯δ相关联,进一步对MD03-2621冰芯的年龄模型进行了微调18在GICC05年龄量表上的O记录11.从YD过渡到全新世的特征是沉积速率从每年1.4毫米下降到0.5毫米−1.
为了考虑存储和次采样过程中可能的深度偏移,我们将以灰度(GS)表示的沉积物颜色数据与来自depazes等人的反射率数据进行了匹配。11使用QAnalySeries软件51.为了与我们的记录进行比较,Lea等人的年龄。3.校正了他们的记录(11.56 kyr b2k)中以沉积物颜色为基础的yd -全新世过渡中点的年龄差异,以及来自deazes等人的数据。11(11.673 kyr b2k)。反射率变化的开始和结束由RAMPFIT软件确定52.
样品制备
如Alfken等所述,制备了分子代理的MSI样品。53:原岩心采用LL通道下采样,得到x射线图像(惠普Faxitron 43855A x射线柜)和高分辨率数字图像(smart-CIS 1600 Line Scanner)。然后将LL通道切成5厘米的片段,随后冷冻干燥,嵌入明胶:羧甲基纤维素(4%:1%)混合物中,并在Microm HM 505 E低温切片机上进行切片。从每个切片中制备一个60微米厚和一个100微米厚的纵向切片(横跨整个5厘米的切片),并分别贴在氧化铟锡镀膜玻片上(Bruker Daltonik, Bremen, Germany)用于MSI和元素测绘。用富勒石基质进一步修正MSI切片54.
对于所有切片,使用M4 Tornado微x射线荧光光谱系统(Bruker Nano Analytics)拍摄高分辨率图像。这张照片被用作建立元素映射和MSI分析的参考,也用于元素和代理数据与沉积物颜色的2D比较。沉积物颜色以GS值表示。为了解释单个切片之间的差异,ΔGS被计算为每个切片的值与GS中位数之间的差值。非常低的GS值对应于无沉积物的区域,由黑色背景识别,被排除在分析之外。
元素的映射
在M4 Tornado微x射线荧光光谱系统(Bruker Nano Analytics)上对100 μ m厚的切片进行元素映射,该系统配备了带有多毛细管光学的微聚焦Rh源(50 kV, 600 μ a)。测量是在真空下进行的,分辨率为50µm,每个点扫描两次,每次扫描时间为5 ms。数据最初使用M4 Tornado Software version 1.3进行处理和可视化。将相关元素和沉积物颜色的XY矩阵导入MATLAB (R2016b)中进行进一步处理。为了评估沉积物颜色和元素组成之间的对应关系,对于每一块5厘米的碎片,根据ΔGS对单个点的Ca、Fe、Ti和Si的信号强度进行分类,并计算每个分类的平均强度(扩展数据图)。5).料仓尺寸为5gs单位。
MSI分子代理分析
MSI在一台7T solariX XR傅里叶变换离子回旋共振质谱仪上进行,耦合到配备Smartbeam II激光器(Bruker Daltonik, Bremen, Germany)的基质辅助激光解吸/电离源上。分析是在正电离模式下进行的,选择一个连续积累的选择性离子窗口米/z554±12。为了限制数据的大小,光谱的采集减少了25%的数据。空间分辨率是通过在一个定义的矩形区域内以100 μ m光斑距离对电离激光进行光栅化来获得的。考虑到薄片厚度在毫米范围内18,这种栅格分辨率适合季节分辨率海温重建。在每次测量之前,调整激光功率、频率和射击次数的设置以获得最佳信号强度;典型值为250次,频率为200 Hz,激光功率为60%。用三氟乙酸钠(Sigma-Aldrich)电喷雾电离模式进行外部质量校准。在数据采集后,每个光谱也通过使用Na的内部锁定质量校准进行校准+焦磷酸盐加合物一个(米/z557.2523),叶绿素一个衍生物一般存在于相对年轻的海洋沉积物中。因此,对于每5厘米的切片,大约有2万个单独的斑点,每个斑点都包含关于二不饱和C和三不饱和C丰度的信息37烯酮需要计算\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)海温代理。
我们提供了一种双管齐下的方法来解码SST代理信息:(1)下核\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)(2)将烯酮分布的2D图像与沉积物颜色和元素分布图相结合,以过滤单点烯酮数据的沉积季节。
年分辨率海温重建
对于下岩心剖面,MSI数据通过每5cm片识别3个教学点来参考x射线图像。随后,对x线图像进行校正,以校正LL通道中椎板的倾斜。这是通过在x射线图像中识别单个椎板并选择每个椎板至少四个结合点来完成的。详细的描述可以在Alfken等人那里找到。9.应用相应的年龄模型,建立了1年分辨率的下岩心剖面:两种烯酮的强度与\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)代理(C37:2和C37:3)对每个激光光斑进行记录,并滤波到信噪比阈值为3。只有在两种化合物都被检测到的点被进一步考虑。然后将强度值在对应1年的深度上求和。通过将代理数据汇集到1年的范围内,改变沉积速率的影响以及由此改变的下岩芯分辨率的影响被最小化。如果在一个视界中至少有10个位点同时存在这两种化合物,则数据质量标准得到满足54和一个\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)值按Prahl和Wakeham定义计算22:
应用气相色谱(GC)为基础的校准\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)代理,基于msi的数据被转换为GC当量。因此,MSI后提取沉积物切片进行常规代理分析。从载玻片上刮去沉淀物,然后采用改良的Bligh和Dyer程序进行提取55,56.萃取物在氮气流下蒸发,再溶于n在配备Restek Rxi-5ms毛细管柱(30 m × 0.25 mm ID)的Thermo Finnigan Trace GC-FID上进行分析。对于每一个5厘米的小块,大小之间有一个比例\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)通过GC火焰电离检测器分析,计算整片的MSI值。所有能得到gc值的件的平均比值为1.194,标准差为0.021。
这个比率被用来计算gc当量\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)值,然后使用BAYSPLINE校准转换为SST57.BAYSPLINE模型的平均标准误差为0.049\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)SST低于23.4°C的样品的单位(对应1.4°C),但在更高的值(高达4.4°C)时增加57.这是由敏感的事实解释\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)到SST(即回归的斜率)在较高的值时下降。在当前数据集中,95%置信区间平均为±3.6°C。基于msi的海表温度重建的解析精度\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)根据Alfken等人的说法,至少使用了10个数据点。9,约为0.3℃。不确定性的来源在扩展数据图中总结。10.
对于频率分析,通过线性插值49个缺失值来构造一个连续的、每年间隔的记录。这一记录随后被篡改了。使用REDFIT模块进行光谱分析58使用Hanning窗口(过采样2,段2)。连续小波变换应用于研究周期性随时间的变化,使用Morlet小波,并使用Torrence和Compo提供的代码59MATLAB。除小波分析外,其余步骤均采用PAST软件进行60.
为了评估年际变化,对海温记录进行了2 - 8年的带通滤波。记录基于1年的二进制数据;季节性因此被抵消,被评估的最高频率(奈奎斯特频率)对应于2年的周期。通过计算带通滤波的标准差来量化时间序列的可变性\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)每隔25年发出信号。为考虑分析精度对观测信号的潜在影响(方法,“沉积速率变化对重建yd -全新世期间海表温度年际变化的影响”部分),Alfken等人的变异性实验。9被重新审视。沉积物提取物被喷在ITO载玻片上,并通过MSI进行分析。然后我们随机选择n并获得了\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)这些点的强度总和的值。精密度计算为5次重复实验的标准差n= 1,5,10,20,30,40,50和60。分析可变性随观测次数的增加而减小,拟合曲线(R2= 0.838)
在这个方程的基础上,每个层位的分析变率可以根据所包含的值的数量来计算(扩展数据图。10 b).然后从带通滤波信号中观测到的可变性中减去每个25年窗口的平均可变性,得到的代理值根据Müller等人的方程转换为海表温度。61.11.66 kyr b2k后校正海表温度变化的统计学意义被评估t以及。
海温季节性的评估
为了评估海温的季节性,各个点的烯酮强度根据ΔGS进行分类,分类箱大小为1个单位。通过确定阈值ΔGS,将点分为上升流季节和非上升流季节,该阈值使上升流季节和下升流季节的平均海表温度差异最大。此外,该值必须满足三个条件:(1)高于(轻)Ca、Ti和Fe相对丰度最高的箱子,这表明与非上升流季节有关的深色沉积物;(2)低于(深)Si相对丰度最高的箱子,这表明与上升流季节有关的浅色沉积物;(3)被分类为上升流和非上升流的斑点数量至少占总斑点的25%。如果标准1和标准2阻止了标准3的实现,则设定15%的限制。在将数据分为这两类之后,对未过滤的数据集分别进行上述处理,并应用5年的下核时间分辨率。季节性是根据两个记录之间的差异计算的,因此代表了非上升流季节和上升流季节5年平均海表温度之间的差异。
用RAMPFIT软件对两个不同的坡道进行季节性变化的拟合52.应用了一种无约束方法和一种有约束方法(其中斜坡的起点和终点限制在11.725-11.8 kyr b2k和11.6-11.675 kyr b2k的间隔内)。负值被排除在这个拟合中。结果组数据进行Mann-Whitney秩检验比较。
基于HadISST数据,计算了现代卡里亚科盆地1980 - 2020年海温季节变化62通过将每年的月数据分为两组,寻找两组平均温度之间的最大差异。每组必须包括至少连续三个月。在41年中,有36年的温暖季节被确定为5月至11月或7月至11月。
全新世过渡时期和全新世早期海表温度的年代际到百年尺度变化
年重建海温(平均海温= 24.3°C)在yd -全新世过渡期间保持相对稳定。在11.4 kyr b2k左右,观察到变暖趋势。平均11.39 kyr之前和11.37 kyr之后的所有数据,结果是温度从23.9±1.6°C上升到25.5±1.4°C。MSI所确定的趋势与常规趋势一致\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)本研究中进行的分析和先前由赫伯特和舒弗特报道的分析23关于海洋钻探计划165-1002C岩心(扩展数据图1).这些作者观察到,在过渡到全新世的几百年后,在大约11.53到11.32 kyr b2k之间有轻微的变暖。
在大约11.50和11.45 kyr b2k之间观察到三个显著的SST极大值。这50年的平均海温比前后50年高1.3°C。这些极大值与以δ负偏移为特征的11.4 ka冷事件或PBO同步18O和减少格陵兰冰芯的积雪积累率63(扩展数据图。2).PBO与最古老的邦德事件相吻合,即北大西洋的冰漂流脉冲表明气候恶化64.
Lea等人的低分辨率有孔虫海表温度记录支持对PBO的温暖热带响应。3.,显示了在yd -全新世过渡结束后不久海温增加的两个数据点。为了便于直接比较,Lea等人的年龄。3.校正了他们记录中基于沉积物颜色的YD终止中点与来自depazes等人的数据之间的年龄差异。11.经过修正后,这些最大值对应于11.43和11.50 kyr b2k(扩展数据图。2).此外,海表温度最大值与沉积物颜色较浅的短暂变化相吻合。休根等人。19描述了短暂的北大西洋寒冷事件(如PBO)与热带初级生产力的变化之间的相关性,这种变化是由更强的上升流介导的,导致卡里亚科盆地的沉积物变轻。早先曾在西亚描述过PBO的深远影响,沙尘羽的增加与西风带南移有关65.
确定潜在TNA对PBO反应背后的机制超出了本研究的范围。但是,我们要指出,高分辨率的记录对于确定这些事件和区分在时间上一致的基本变化和在目前的情况下,在相同的几十年时间尺度上起作用并可能由相同的过程触发的尖锐信号是至关重要的66.
于新世-全新世过渡期间沉积速率变化对重建海表温度年际变化的影响
将代理数据汇集到1年的范围内可以建立恒定的采样率,从而防止沉积速率变化的潜在影响。卡里亚科盆地沉积物的全新世开始以每年1.4 ~ 0.5 mm的沉积速率急剧下降为特征−1(参考文献。11,19).因此,在年度汇总数据中,我们观察到每个层位的总和值的数量有所减少(扩展数据图。10 b),因为更薄的全新世年层能容纳更少的激光点。与此同时,这些点的平均强度略有增加,与触点植物对初级生产贡献的相对增加相一致20..
我们之前已经证明,基于msi的分子代理分析的精度取决于每个数据点汇集的点的数量和这些点的信号强度54.下核记录中使用的所有视界都高于已建立的10个点的阈值,代理变率显示稳定在该阈值之上9,54.然而,由于每层位数值的减少仍可能导致较低的分析精度和较高的信号变异性,我们用估计的分析变异性校正了2 - 8年窗口中的变异性(见式(3.))。通过这种修正,所描述的变异性的幅度在整个记录中减小,但全新世年际变异性较高的趋势仍然存在(图2)。2摄氏度).
加里亚科盆地沉积物中阀门的形成和烯烃酮的沉积
元素图和沉积物颜色的比较(扩展数据图。5)显示了在yd -全新世过渡期间一致的层压模式,这是降水、上升流和优势浮游植物群落组成的季节性相互作用的结果。较暗的层系代表多雨、非上涌(夏/秋)季节,富含来自陆源物质的Fe和Ti,以及来自生物源CaCO的Ca3.由有孔虫或球石藻产生的。较轻的层状层具有较高的Si丰度,与硅藻在上升流季节(冬/春)产生生物蛋白石的增加相对应67.这与Hughen等人的观察结果一致。18他将Cariaco盆地的层系对联描述为年度循环,其中浅色层系是冬/春上升流季节高生产力的指标,深色层系是夏/秋径流和陆源物质积累的指标。等人。68描述了YD较深处层状构造的不同起源,浅色层状构造富含钙质和夏季特有的陆源元素,而深色层状构造富含Si和Br,表明硅藻和有机壁初级生产者具有较高产的冬季特征。在本文所研究的YD晚期没有观察到这种层合特征模式的改变。
这个季节性蓝图被用来评估烯酮的季节性行为。全年都有烯酮沉积,含有这两种烯酮可检测数量的点的数量并不局限于上升流或非上升流季节,而是分布在中位数两侧相对广泛的GS值范围内(扩展数据图)。6).平均烯酮信号强度在非上升流季节更高,这表明烯酮生产者更倾向于在这个季节和/或在上升流季节信号更强的稀释。关于\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)海表温度在浅层和暗层的代理分布,我们的观测结果与现代卡里亚科盆地下沉颗粒中烯酮捕捉季节性海表温度旋回的能力一致69.
季节性变化对滇西全新世海温记录和YD的影响
季节性变化有助于解释全新世早期TNA西部低分辨率海表温度记录的差异。加里亚科盆地有孔虫Mg/Ca记录中记录的yd -全新世过渡时期的强变暖(Lea等。3.;扩展数据图。1)可能反映了更强烈的热盐分层和越来越温暖的非上升流季节Globigerinoides红的在这个季节。
Globigerinoides红的(白色),由Lea等人使用。3.,被认为是热带地区的优势种,年分布相对均匀。然而,在现代Cariaco盆地,上升流导致了独特的有孔虫群落组成和季节性更替70这与温水有孔虫将它们的出现范围缩小到最温暖的季节的概念一致71.相对的丰度g .红色的非上升流(暖流)季节的增加很少超过15%,而上升流季节明显由球房虫bulloides72,73.Globigerinoides红的上升流最旺盛时,通量始终最低,如海表温度的年最小值所示(扩展数据图。9 b).在全新世早期和YD时期,上升流比现在更加强烈70,的偏好g .红色的夏季(非上升流)可能更加明显。
全新世早期较强的季节性的发展将因此导致更狭窄的时间发生g .红色的在非上升流季,也会暴露在较高的海温下。在我们的分析中得到的季节间平均海温差可以通过假设一条正弦曲线转换为年海温振幅。通过这样做,我们观察到季节振幅增加了1.5至1.9°C(取决于所安装的斜坡),这与Lea等人描述的变暖相似。3..
这种解释与Bova等人的解释是一致的。46他观察到,大多数全新世气候重建都偏向北方夏秋,反映的是季节性而非年度温度的演变。如上所述,对于\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)在Cariaco盆地的指数,因为烯烃酮沉积全年。然而,与全新世相比,夏季分层的减弱可能解释了为什么分辨率较低\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)来自半封闭卡里亚科盆地的记录显示没有或较弱的变暖23比其他的,公海,热带YD记录4,其中上升流、淡水输入和分层的相互作用与海温信号的相关性较小。
数据可用性
数据可在Pangaea数据库的doi.pangaea.de/10.1594/ Pangaea .946440和doi.pangaea.de/10.1594/ Pangaea .946442下访问。
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确认
我们感谢S. Alfken, T. Napier, I. Obreht和J. Pätzold对早期草稿进行了富有成效的讨论和评论,并感谢Z. Lu分享了ENSO模型变化的数据。本研究由欧洲研究理事会在欧盟地平线2020研究和创新计划下提供支持,资助协议编号为no。670115 ZOOMECULAR (k.u . h .)和德国卓越战略(EXC-2077)项目390741603“海底-地球的未知界面”。
资金
由statats - und Universitätsbibliothek不莱梅提供的开放获取资金。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
概念化:L.W., g.h.h., k.u.h.方法论:L.W., J.W.软件:L.W., B.B.形式分析:L.W.调查:L.W., J.W., B.B.资源:g.h.h., k.u.h.写作,初稿:L.W., k.u.h.写作,审查和编辑:L.W., B.B., g.h.h., k.u.h.可视化:L.W.资金获取:L.W., k.u.h.。
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道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢Alyssa Atwood, Sarah Feakins和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
图1卡里亚科盆地基于msi的海表温度与常规海表温度记录的比较。
一个,由Herbert and Schuffert重建的SST23基于\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)代理。Haug等人的修正年龄模型。16用kyr b2k表示,使记录与我们的数据具有可比性。Cariaco盆地基于有孔虫的海温重建3..年龄通过归一化调整到相应的yd -全新世过渡的中点,以沉积物颜色的变化表示。11还有丽娅等人。3..b,放大到本研究所调查的yd -全新世过渡,基于MSI的重建(红线)和使用MSI后提取沉积物切片获得的数据(黑圈)以及来自Herbert和Schuffert的两个数据点23落入调查区间的研究(灰色方块)。水平条表示与汇集到每个提取中的数据相对应的年龄间隔。
扩展数据图3年解析海温记录的光谱分析。
粗红色线和细橙色线对红噪声的显著性水平分别为99%和95%。
图4 ENSO与Cariaco盆地的遥相关。
一个, MEI识别的正ENSO事件。V2指数(https://psl.noaa.gov/enso/mei/)以红色标记,并导致正弹簧(b)及年度(c) Cariaco盆地的SSTA。SSTA由HadISST计算62.5(6)个最强春季(年)海温正异常中有4个与ENSO正事件有关。在探测到的9个正ENSO事件中,有8个(6个)导致了春季(年度)海温正异常。d1992年至2003年间,正ENSO的影响减弱,与大西洋多年代际振荡由负向正的转变相一致74,这与1992年和2003年tna对正ENSO事件的中性响应一致(参考文献)。75),并依赖于ENSO遥相关的大西洋多年代际振荡状态76.
扩展数据图5根据沉积物颜色划分的元素组成。
沉积物颜色以delta灰度表示(ΔGS,即各切片与GS中值的差值)。每个箱子的每个元素的计数都是平均的,并归一化到最高值。只考虑至少有100个数据点的箱子。由沉积物颜色变化定义的yd -全新世过渡时期11位于海底以下501至509 cmbsf之间。
C .扩展数据图637:2根据沉积物颜色(黑点)和每个仓对两种烯酮使用的点总数的相对贡献,将长链烯酮强度分类\ ({{\ bf{你}}}_ {{\ bf {37}}} ^ {{\ bf {K}} {\ boldsymbol {{\ '}}}} \)检测到代理(灰色条)。
沉积物颜色以delta灰度表示(ΔGS,即各切片与GS中值的差值)。给出了烯酮强度的均值和标准误差。只显示至少有25个数据点的箱子。由沉积物颜色变化定义的yd -全新世过渡时期11位于海底以下501至509 cmbsf之间。
扩展数据图7\ ({{\ bf{你}}}_ {{\ bf {37}}} ^ {{\ bf {K}} {\ boldsymbol {{\ '}}}} \)根据沉淀物颜色分类的值。
沉积物颜色以delta灰度表示(ΔGS,即各样品与GS中值的差值)。\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)是根据每个仓的强度之和计算的,MSI得到的值转换为GC当量。只显示至少有25个数据点的箱子。由沉积物颜色变化定义的yd -全新世过渡时期11位于海底以下501至509 cmbsf之间。
扩展数据图8用于分离的沉积物颜色值的影响\ ({{\ bf{你}}}_ {{\ bf {37}}} ^ {{\ bf {K}} {\ boldsymbol {{\ '}}}} \)数值分为上升流季节和非上升流季节。
\ \(δ{{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)表示11.64 kyr b2k后的季节性增加,这在ΔGS的广泛范围内是一个稳健的特征。ΔGS为灰度值与正文中使用的阈值的差值。当选择较低的GS值时,季节性的增加减弱,也就是说,更多来自非上升流的温暖层的信号被纳入寒冷季节。在ΔGS = 0时没有检测到季节性最强的增长,因为我们定义的阈值设置方式是两个季节中每个季节至少包含25%的数据点。将阈值推向更高的值,在某些情况下,将不到25%的数据分配给上升流季节,结果导致海温季节性更强的增强。
扩展数据图10误差源评估
一个基于海表温度MSI重建海表温度的不确定性来源\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)代理。柱形表示基于重复测量的标准偏差的分析精度9,当前数据集中基于gc的值与基于msi的值的平均比值的标准差,以及通过BAYSPLINE校准模型计算海表温度的平均95%置信区间57在当前数据集中。使用Müller等人提供的斜率(0.033)表示与分析精度和MSI到GC等效性相关的不确定性。61并使用该斜率减少40%来解释高海温时的斜率衰减57.b,在每个1年视界中聚集的点的数量,以构建\ ({{\ rm{你}}}_ {37}^ {{{rm \ {K}}} ^ {{\ '}}} \)记录。灰色细线表示年平均值,黑色粗线表示25年的均值。
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引用本文
Wörmer, L., Wendt, J., Boehman, B.;et al。热带海洋季节温度变化的除冰增加。自然612, 88-91(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05350-4
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