Ma前气候变冷导致北大西洋深水的形成

(美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所，加利福尼亚州92093-0215)

在过去的200ka中，北大西洋深水(NADW)在驱动高纬度气候变化中的重要作用已经被很好地理解，但对NADW的早期历史却知之甚少。在此，作者给出了从北大西洋和挪威海-格陵兰海获得的沉积学和古生物资料，并指出NADW开始于11.5Ma，即南极冰盖扩张后的2 ~ 3 Ma，因此前者不能像以前推测的那样作为后者的原因。最近的数据显示，NADW的出现可能是由气候变冷引起的，而不是通常认为的格陵兰-苏格兰海脊下沉。在不久的将来，气候变暖可能会逆转这一进程，阻止NADW，从而引发气候的根本变化。

关键词:古海洋学和古气候中新世北大西洋深水区，挪威海-格陵兰海

1简介

相对温暖和含盐的北大西洋表层水流向挪威海-格陵兰海，向寒冷地区释放大量热量。最后高密度的水下沉，从连接格陵兰和苏格兰的浅海海岭(格陵兰-苏格兰海岭)上的三个海槛流出。在下降期，流出的水产生了滞留的北大西洋水，两者结合形成北大西洋深水(NADW)，向南流动，最终流向南大西洋、印度洋和太平洋。NADW在深海之间的全球环流、深水中营养物的分布和全球总热量的再分配中发挥着重要作用。大气CO:和晚第四纪大规模的气候波动与NADW的变化有关。最近，许多关于NADW起源的数据都是基于从中纬度到低纬度的碳同位素数据。然而，由于不同作者所取样品的位置和岩相不同，对大量钻孔所获数据的年龄测定仍存在差异。

5碳同位素数据

约11.5Ma，NADW的初始形成也在碳同位素数据中有所反映，但对该脊的沉降历史知之甚少。这里，新确定的NADW年龄为11.5Ma，促使我们重新评价以前的一般假设。在14Ma至11Ma期间，根据Haq等人(1987)[36]的观点，海平面下降了220m，而根据Sclater等人(1985)[37]或Miller等人(65438)的沉降曲线，这表明格陵兰-苏格兰海脊在此期间变浅而不是变深。如果是海岭的下沉触发了NADW的开始，那么应该是在14Ma之前形成，当海平面下降速率超过海岭下沉速率时应该停止。此外，格陵兰-苏格兰海脊沉降历史的重建表明，丹麦海峡地区的东部在中始新世和中中新世早期下降到海平面以下[20]。格陵兰-苏格兰海脊东部的怀维尔-汤普森海脊被认为是在一个拉伸的大陆地壳上，可能出现在始新世早期，此后海脊加深[37]。此外，552号孔的一个特点是，来自威维尔-汤普森海岭的溢流水与来自丹麦海峡的溢流水同时形成，尽管丹麦海峡的底床深度与威维尔-汤普森海岭的底床深度有很大不同。最后，没有成功地模拟出作为NADW起爆深度的门槛临界深度。

另一方面，与642孔位相似的沟鞭藻数据表明，气候变冷可能触发了NADW的开始，NADW的开始处于挪威海显著变冷的时期内(图2)。NADW的开始与氧同位素富集期(MI5)相吻合，这是全球变冷和/或冰量增加的标志。事实上，自15Ma以来，全球气候已经变冷，当时南极冰盖开始迅速扩张。丹麦海峡DSDP408孔浮游有孔虫的氧同位素数据显示其值约为1+0 ~ 1 2ma [38]。这说明表层海水温度在7℃左右，估计当时冰的体积是现在的1/2。这意味着在408孔，地表水已经冷却到现在的温度11 ~ 12ma。此外，冰岛[39]的孢粉资料表明，在100 Ma左右，年平均气温为3 ~ 5℃。在10 ~ 12ma期间，北方高纬度地区相对较低的温度和赤道到极点陡峭的温度梯度极大地加强了大气环流。北大西洋洋流流向挪威海，其表层海水被冷却到临界温度以下，开始了大规模的热盐循环。

总之，气候变冷是NADW形成的重要因素，大规模的热盐循环可以在没有相对寒冷的挪威海-格陵兰海的情况下进行。了解气候变冷在NADW初期的重要作用具有深远的意义。正如气候建模者预测的那样，未来几个世纪高纬度温度的大规模上升可能会逆转导致NADW启动并最终关闭的过程。如果是这样，北大西洋和西欧可能会变冷，全球气候可能会有根本的不同。这种可能性的潜在严重后果要求在不同尺度上对NADW进行正确的研究。

由于这项研究，部分资金由国家科学基金会和石油研究基金赞助。与E.Jansen就挪威-格陵兰海的古海洋学进行的讨论也很有帮助。感谢W.Berger和W.Hay阅读了论文的初稿。伯格伦教授和王教授提出了进一步改进的宝贵建议。研究中使用的样品由ODP提供。

(周丽君译，徐东语校)

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