加的斯湾在MIS 12–11过渡期间的海洋与气候动态：来自球石藻的见解

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Oceanic and climatic dynamics during the MIS 12–11 transition in the Gulf of Cádiz: Insights from coccolithophores

颗石藻记录揭示加的斯湾Termination V期海洋动力学与气候响应，MIS 11生产力较MIS 12高近一倍，与强西风带、MOW增强及营养输入增加相关，而MIS 12冷干环境抑制生产力。温度敏感种Coccolithus pelagicus在MIS 12占优，暖水种WWT在MIS 11上升。430ka生产力骤降与Heinrich事件4冷却事件及冰 rafted 物质峰值一致，显示海洋-大气耦合对颗石藻群落的影响。

　　在过去的几千年中，地球经历了多次显著的冰川与间冰期交替，这些变化对全球的气候和海洋环境产生了深远的影响。特别是，Mid-Brunhes Event（MBE）标志着一种重要的气候转变，它开启了更加显著且强烈的冰川与间冰期循环。MBE发生在Marine Isotope Stage（MIS）12和MIS 11之间，这一时期与Termination V（TV）相关，也被称为冰川-间冰期过渡。这一时期被视作一个气候悖论，因为尽管夏季太阳辐射相对较低，但大气中二氧化碳浓度却显著上升。因此，这一阶段对于理解自然气候变化和评估海洋生态系统对当前人为变暖的潜在反应具有重要意义。

在西南伊比利亚边缘的加的斯湾（Gulf of Cadiz），是研究全球海洋和气候动态的重要区域，因为它位于直布罗陀海峡的连接点，这里是大西洋和地中海之间的通道。加的斯湾对于研究地中海溢流水（Mediterranean Outflow Water, MOW）特别关键，MOW是一种密度大、盐度高的水流，对北大西洋的环流有重要影响。此外，MOW还对大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC）的稳定性与变化起到重要作用，而AMOC是全球气候变动中的一个关键组成部分。

为了更详细地了解这些变化，科学家们利用国际海洋钻探计划（International Ocean Discovery Program, IODP）的Site U1386，该地点位于加的斯湾，通过研究该地区的浮游植物组合，尤其是coccolithophore（钙质浮游植物）的分布和变化，来重建环境变化和表层海洋动态。这些浮游植物在海洋中广泛分布，其产生的钙质板（coccoliths）被沉积到海底，并保存在沉积物记录中，对全球海洋碳循环有着长期的影响。通过分析这些记录，科学家们能够揭示过去海洋环境的特征。

加的斯湾的现代海洋环流主要由直布罗陀海峡的水体交换决定，包括大西洋流入（Atlantic Inflow, AI）和地中海溢流水（MOW）。AI是一种浅层、较冷、盐度较低的水流，而MOW则是一种深层、较暖、盐度较高的水流。AI进入地中海以补偿由于蒸发和MOW流出造成的体积损失。在加的斯湾的上层，AI流在MOW之上，而在下层，MOW则流在北大西洋深层水（North Atlantic Deep Water, NADW）之下。这种水体交换形成了海底的沉积特征，如沉积物漂移和等深流沉积系统（Contourite Depositional System, CDS），这些沉积物记录了海洋环流的变化。

此外，现代气候的变化也受到大西洋环流影响，尤其是在冬季，阿зор高压（Azores High, AH）和冰岛低压（Icelandic Low, IL）之间的压力梯度决定了北 Atlantic Oscillation（NAO）的变化。NAO的两个相位分别对应不同的气候条件，负相位（NAO-）通常意味着较弱的压力梯度，导致北大西洋急流和相关西风向南偏移，带来更湿润和温和的冬季。相反，正相位（NAO+）则意味着更强的压力梯度，急流向北偏移，造成更寒冷和干燥的气候条件。NAO的变化在现代加的斯湾对初级生产力有显著影响，特别是在NAO-时期，南移的西风促进了营养丰富的深层水沿西南伊比利亚半岛边缘上升，从而提高了该地区的生产力。

在本研究中，科学家们通过分析加的斯湾的沉积物，结合独立的古环境指标，如海表温度（Sea Surface Temperature, SST）、冰漂沉积物（Ice-Rafted Debris, IRD）、底栖氧同位素（benthic δ18O）和地中海森林花粉组合，揭示了MIS 11期间coccolithophore生产力的显著增加。这种增加表明了MOW的增强，而MIS 11的高生产力可能与更强的西风影响和更湿润的条件有关。同时，MIS 12期间，冷的水体物种如Coccolithus pelagicus subsp. pelagicus的高丰度和较低的SST以及减少的森林花粉记录，反映了不利的条件，这些条件不利于coccolithophore的繁殖。

在MIS 11和MIS 12的过渡期间，加的斯湾的初级生产力显示出明显的差异，这种差异可能与大气环流、海洋动态和温度变化密切相关。研究还发现，在大约430 ka（千年前）时，生产力出现了一个显著的下降，这与一次冷却事件和冰漂沉积物的增加有关，这可能与Heinrich型事件4（Ht-4）相关。这些发现为理解MBE期间大气环流、海洋动态和初级生产力之间的耦合提供了新的视角。

加的斯湾的沉积物记录显示，该地区的coccolithophore组合在MIS 11期间比MIS 12期间更加丰富，特别是在MIS 11期间，Gephyrocapsa oceanica和再循环的钙质浮游化石的丰度显著增加，这可能表明了MOW的增强。而在MIS 12期间，Coccolithus pelagicus subsp. pelagicus的高丰度和较低的SST以及减少的森林花粉，反映了不利的条件，这些条件不利于coccolithophore的繁殖。这些变化表明了在MIS 12期间，加的斯湾的生产力较低，而MIS 11期间则显著提高。

研究还发现，MIS 12和MIS 11之间的生产力变化与Heinrich型事件4（Ht-4）相关。这一事件可能由快速的温度、盐度和水体分层变化引起，导致了生产力的急剧下降。这种变化与MOW的增强和气候条件的改变有关，可能反映了冰川期和间冰期之间的强烈气候波动。此外，这些变化还可能与大西洋环流的调整有关，这种调整可能对全球气候模式产生了重要影响。

通过这些研究，科学家们希望进一步理解MIS 12到MIS 11期间的气候和海洋变化，以及这些变化如何影响海洋生态系统。这些研究不仅有助于揭示过去气候和海洋环境的变化，还能够为预测未来气候变化提供重要的参考。此外，这些研究还强调了coccolithophore作为研究古气候和海洋环境变化的重要指标，它们能够反映气候条件的细微变化，如温度、盐度和营养供应的变化。这些变化对于理解全球气候系统的变化具有重要意义。

总的来说，这项研究通过详细的沉积物分析和多指标的结合，揭示了MIS 12到MIS 11期间加的斯湾的环境和海洋动态变化。这些变化不仅反映了气候条件的改变，还可能与大气环流、海洋环流和初级生产力之间的相互作用有关。研究还强调了Heinrich型事件在气候系统中的重要性，这些事件可能对海洋生产力和气候条件产生显著影响。这些发现为理解自然气候变化和评估海洋生态系统对当前人为变暖的潜在反应提供了重要的依据。