新西兰南极冷逆转期间的新发现：YD 干旱与 IPO 气候调制对环境的影响

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《Nature Communications》：

【字体：大中小】 时间：2025年04月04日 来源：Nature Communications

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　　为了解南半球过去的气候模式及预测未来气候变化，研究人员对新西兰哈耶斯湖（Lake Hayes）的沉积物岩芯开展研究。他们分析了沉积物的磁性特征，发现南极冷逆转（ACR）期间，氧化还原振荡受太平洋年代际振荡（IPO）影响；新仙女木事件（YD）期间，湖泊缺氧干旱。该研究有助于完善气候模型17。

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　　在地球气候漫长的演变历程中，过去的气候变化如同隐藏在岁月深处的密码，蕴含着理解未来气候趋势的关键线索。在全球气候变化研究领域，尽管科学家们已经对许多气候现象有所了解，但仍存在诸多亟待解决的问题。例如，对于南半球过去的气候模式，尤其是在一些关键时期的气候特征和变化机制，我们的认识还不够深入。此外，现有的数值气候模型在预测区域气候变化时，也存在一定的局限性，这使得准确预估未来气候变化变得困难重重。因此，深入研究过去的气候变化，揭示其背后的机制，对于完善气候模型、提高气候预测的准确性至关重要。
为了探索这些未知，来自新西兰奥塔哥大学（University of Otago）等多个研究机构的研究人员 Christian Ohneiser、Catherine Beltran、Michael Bollen 等开展了一项重要研究。他们聚焦于新西兰南岛哈耶斯湖（Lake Hayes）的沉积物岩芯，通过对其进行详细分析，试图揭开过去气候变化的神秘面纱。最终，研究成果发表在《Nature Communications》上，为该领域的研究带来了新的突破。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们采集了哈耶斯湖的沉积物岩芯，通过放射性碳定年法确定沉积物的年代。接着，利用磁性测量技术，包括磁化率、饱和剩磁（

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）、剩磁矫顽力（）等指标的测量，以及一阶反转曲线（FORC）分析，来研究沉积物中磁性矿物的特征。同时，使用 X 射线荧光光谱（XRF）分析沉积物中的元素比例，从而推断沉积环境的变化。
研究结果如下：

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磁性矿物特征分析：通过 FORC 分析，研究人员识别出三种主要的磁性矿物类型。类型 A 为生物成因的磁铁矿，由趋磁细菌产生，其 FORC 特征为狭窄的中央脊，反映了非相互作用的单畴颗粒。类型 B 为碎屑磁铁矿，其特征为低矫顽力的中央脊和较宽的粒度分布。类型 C 为硫复铁矿（greigite），FORC 图显示为椭圆形中央峰，表明存在具有显著静磁相互作用的天然单畴颗粒。此外，对两个样本（分别来自新仙女木事件和 ACR）的高分辨率 FORC 分析发现，它们都含有生物成因颗粒和硫复铁矿的特征，且生物成因贡献相对稳定，而硫复铁矿浓度有所增加234。
沉积环境变化分析：根据磁性矿物特征和其他数据，研究人员将岩芯分为三个区间。在 ACR 区间（480 - 390cm），磁性矿物浓度和磁化率的波动反映了氧化还原条件的交替变化。生物成因磁铁矿的存在表明湖泊处于有氧状态，而硫复铁矿则指示还原或缺氧条件。研究人员认为，这种氧化还原条件的交替可能是由冬季风应力和夏季热分层控制的。在新仙女木事件区间（390 - 360cm），湖泊以低、高矫顽力和类型 C FORC 为特征，表明湖泊处于持续的还原和缺氧状态，同时数据显示碳酸盐产量增加，可能与蒸发增强和湖泊封闭有关。在全新世区间（360cm 至岩芯顶部），磁性特征显示从生物成因磁铁矿逐渐转变为碎屑磁铁矿，可能是由于环境条件不利于趋磁细菌的生存和磁小体的产生568。
气候振荡分析：对 ACR 区间磁性数据的频谱分析表明，存在 70 年和 52 年左右的周期，这些周期与 IPO 的频率一致，说明 IPO 对该地区气候有显著影响。研究人员推测，ACR 期间的强 IPO 信号导致风力增强和降雨增加，进而影响了区域气候和冰川活动。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次在古气候记录中识别出 IPO，并证实其对区域气候在多年代际和百年尺度上的重要影响。研究发现新仙女木事件期间，哈耶斯湖地区经历了持续干旱，这与当前数值气候模型预测的该地区随温度升高降雨增加的结果相反。这表明现有的气候模型可能没有充分考虑多年代际振荡的影响，需要进一步改进。此外，研究还揭示了湖泊沉积物磁性特征与气候振荡之间的关系，为研究过去气候变化提供了新的视角和方法。这项研究对于理解区域气候变化机制、完善气候模型以及预测未来气候变化趋势具有重要意义，为相关领域的研究提供了宝贵的参考。