解码过去5万年间阿拉伯海东南部沉积物对季风季节性和海洋环流的响应

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Decoding the sedimentary responses to the monsoon seasonality and ocean circulation in the southeast Arabian Sea during the last 50?ka

印度季风系统与深海环流耦合关系研究基于东南阿拉伯海SK-257/02沉积 cores，通过环境磁学参数（浓度、矿物学、粒度）及端元分析法揭示三个沉积组分：EM1（3.46μm）反映季风增强期（间冰期）的细粒悬浮沉积；EM2（5.59μm）对应冰川期 aeolian沉积；EM3（15.92μm）指示深海环流增强期。研究表明冰川-间冰期转换中季风季节性和深海环流（南极底层水、太平洋深层水）存在协同变化，验证了磁学参数在季风-环流耦合重建中的可靠性。

　　研究团队由Adhra Renny、Masud Kawsar、M.C. Manoj、Srinivas Bikkina、Binita Phartiyal、John P. Kurian和Ravi Mishra组成，来自印度比尔巴勒·辛尼古生物研究所（Birbala Sahni Institute of Palaeosciences），位于印度北方邦的勒克瑙市，地址为53大学路，邮编226007。他们的研究聚焦于东南阿拉伯海地区的沉积记录，通过分析沉积物的磁性特征，揭示了印度季风系统与全球气候系统之间的复杂关系。

印度季风系统是亚洲季风系统的重要组成部分，它不仅影响印度半岛的降水模式，还对阿拉伯海和周边地区的水文、沉积以及生物地球化学循环产生深远影响。季风系统的强度和季节性变化与北半球夏季太阳辐射、陆海热梯度以及青藏高原的放大效应密切相关。青藏高原作为高海拔的热源，能够加强大范围的气流循环，从而影响季风的强度和季节变化。此外，全球海洋环流的变化，特别是大西洋经向翻转环流（AMOC）和全球海洋翻转环流（GOC），也对季风系统的动态产生调节作用。例如，当AMOC较弱时，可能会增强季风的变异性，导致极端的降雨或干旱；而当GOC较强时，则可能提升印度洋的海面温度和季风降雨量。

东南阿拉伯海处于大气和海洋过程交汇的关键区域，其地理位置具有战略意义，是研究季风系统和相关水文变化的理想地点。该区域位于主要陆架来源的下游，靠近南方来源的中深层水路径，形成了连接阿拉伯海西部强上升流区和东部较为稳定水体的过渡带。东南阿拉伯海在夏季受到西南季风的影响，强烈的风力驱动着Ekman动力机制，形成显著的上升流；而在冬季则受到东北季风的影响，表现为对流混合和低盐度孟加拉湾水的入侵。这些季节性的水文变化对沉积物的组成、运输路径和沉积过程具有重要控制作用，使得东南阿拉伯海成为记录季风和海洋变化的敏感区域。

在过去的约5万年里，印度季风系统在东南阿拉伯海表现出显著的变异性，这种变化可能影响陆地侵蚀、区域水文以及海洋-大气循环之间的耦合关系。已有研究表明，阿拉伯海的沉积物记录反映了多种来源的贡献，这些来源与季风风向的季节性变化密切相关。在西南季风期间，印度半岛的高降雨量使得纳尔马达河、塔皮河等河流携带大量陆源沉积物进入阿拉伯海，同时来自德干高原和西部山地的河流也对沉积物供应产生重要影响。相比之下，东北季风带来的降水较少，但有效输送了阿拉伯半岛和南亚地区的粉尘，这些粉尘增加了阿拉伯海的沉积物负荷，并形成了海底风化产物。

值得注意的是，晚第四纪时期，当季风强度减弱时，东南阿拉伯海经历了粉尘供应的增加。然而，关于陆源沉积与风源沉积在该区域的时空分布、精确的空间分布以及沉积物在沉积后重新悬浮和分选的机制，仍然存在许多未解之处。这主要是由于沉积物来源的多样性以及多种过程对沉积物后期行为的影响。因此，需要更全面地理解这些沉积物的来源和沉积过程，以揭示其与季风系统和海洋变化之间的关系。

此外，季风系统对表层海洋环流及其相关动力学具有显著影响。季风驱动的上升流和深层水循环是海洋环流系统的重要组成部分，而全球海洋翻转环流（GOC）则对全球气候系统产生深远影响。GOC不仅调节海面温度，还影响季风系统的强度和季节变化。例如，当GOC较强时，印度洋的海面温度和季风降雨量都会增加；而当GOC较弱时，则可能导致海面温度降低和季风降雨减少。季风系统与GOC之间的耦合关系还体现在千年尺度的气候震荡中，包括Dansgaard-Oeschger（D–O）循环和Heinrich事件。这些气候震荡通过与北半球气候系统的遥相关作用，影响了区域水文和深层水循环。

尽管东南阿拉伯海对季风系统和全球气候扰动具有高度敏感性，但在高分辨率古海洋学研究中，该区域的记录仍然相对较少，相较于阿拉伯海的西部和北部地区，研究的深度和广度不足。特别是在季风系统变异性与北半球气候震荡以及太阳-轨道强迫之间的关系方面，仍然存在许多未解问题。因此，研究团队希望通过高分辨率的环境磁性记录，结合端元模型分析（EMMA），提供新的视角，揭示季风系统与深层水循环之间的耦合关系。

研究团队采用了一套高分辨率的环境磁性记录，结合端元模型分析（EMMA），基于准确年代的重力岩芯SK-257/02。该岩芯位于东南阿拉伯海，地理坐标为70.492°E，12.98°N，水深为1689米，总岩芯长度为4.40米。采样工作在船上进行，前200厘米以2厘米的间隔进行采样，更深的区域则以5厘米的间隔进行采样。岩芯顶部的30-40厘米呈现为棕色的沙/粉砂层，向下逐渐过渡为灰色的粉砂/黏土基质。通过分析岩芯的沉积物粒度和端元分解，研究团队能够有效区分风源和陆源沉积物的运输机制。

研究还揭示了磁性浓度的变化趋势，表明在间冰期（MIS 1）磁性参数（如χlf、SIRM和χARM）呈现出较高的值，随后逐渐趋于稳定。这些磁性参数的变化反映了沉积物来源的季节性变化以及海洋环流的动态。通过分析这些参数，研究团队能够追踪陆源沉积物和风源沉积物的相对贡献，从而揭示其与季风强度和季节变化之间的关系。

此外，研究还强调了太阳辐射在季风季节性变化中的作用。在间冰期，太阳辐射的变化与温暖的D–O事件共同驱动了季风强度的增强，这种增强的季风活动影响了沉积物的运输和沉积过程。同时，研究还发现，在冰期和寒冷阶段，东南阿拉伯海的沉积物特征与南方来源的中深层水（如南极底层水AABW和太平洋深层水PDW）以及印度洋的环流变化密切相关。这些变化可能反映了更复杂的海洋循环模式，包括南方来源的中深层水与季风驱动的海洋过程之间的相互作用。

研究团队通过高分辨率的环境磁性记录和端元模型分析，不仅揭示了沉积物的来源和沉积过程，还提供了关于季风系统和海洋环流之间关系的深入理解。这些研究结果表明，东南阿拉伯海的沉积记录能够有效反映过去气候和海洋条件的变化，从而为理解季风系统与全球气候系统的相互作用提供重要依据。

总体而言，这项研究强调了东南阿拉伯海在古气候和古海洋学研究中的重要性。通过分析沉积物的磁性特征和端元模型，研究团队能够揭示季风系统与海洋环流之间的复杂关系，以及这些关系如何影响区域水文和全球气候。研究结果不仅有助于理解季风系统的动力学机制，还为未来的古环境重建和气候变化研究提供了新的视角和方法。