随着全球变暖,冰盖融水和海洋热膨胀加剧,其导致的海平面快速上升对岛礁以及沿海城市造成影响越来越大。未来海平面变化的趋势、幅度和速率备受国际学术界和全社会的关注。重建海平面的精细变化过程一直是全球变化研究的热点和难点问题。

近日,中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室(omg)珊瑚礁及其环境记录学科组科研人员联合国内相关单位专家,在珊瑚氧稳定同位素(δ18o)记录海平面变化研究上取得新进展。相关研究成果近日发表在国际期刊palaeogeography, palaeoclimatology, palaeoecology(《古地理学、古气候学、古生态学》)上。研究成果显示,1900年以来南海海平面上升了150毫米。

□ 通过滨珊瑚δ18o研究海平面变化

科学家通常用造礁滨珊瑚来研究过去环境变化。相比观赏珊瑚的千姿百态、鲜艳美丽,滨珊瑚其貌不扬、可生长数百年,具有生长速率高、年生长层清晰、可开展高精度铀系(u-th)测年,以及对周围海水环境变化响应敏感等优势。滨珊瑚由此成为海洋环境变化的绝佳天然记录者,特别是造礁滨珊瑚在南海广泛发育,为重建海平面变化提供了有利条件。

本次论文第一作者是omg实验室研究员施祺团队的陶士臣博士。陶士臣告诉记者,珊瑚骨骼主要成分是caco3。珊瑚生长过程中吸收海水中的钙和碳酸根离子沉淀形成珊瑚骨骼。海水中氧(o)的同位素包括氧16(16o)和氧18(18o)就进入到珊瑚骨骼中。珊瑚骨骼中18o和16o的多少受海洋环境变化的影响。

(用于定量重建的西沙群岛滨珊瑚)

δ18o是指两种氧稳定同位素的比率:18o: 16o。δ18o测量可以帮助人们了解农业与土壤科学、生态学、海洋科学、水文学、古生物学以及食品和饮料行业。“我们根据δ18o的变化,来判断当时的环境情况,通过δ18o序列,进一步判断环境的长期变化过程,比如海平面变化等。” 陶士臣告诉记者。

据陶士臣介绍,珊瑚δ18o变化,主要是由周围海水的δ18oseawater和海温(sst)共同决定的,与海水自身氧稳定同位素(δ18o)呈正相关,与海温负相关。

通常,当全球变暖时,海水吸热,产生水体热膨胀,海平面上升;海水吸热,海温也上升,这种情况珊瑚记录到的δ18o偏轻;另外一方面,全球变暖时,冰盖融化,冰融水进入海洋,海平面上升。同时,因冰融水的δ18oicewater相对于海水的δ18oseawater更为偏轻,造成海水自身氧同位素偏轻,珊瑚δ18o也会偏轻。即冰融水注入造成海平面上升和珊瑚氧同位素偏轻。这些变量的关系反之依然。

□ 南海海平面呈现加速上升趋势

不过陶士臣告诉记者,在不同的时间尺度上,珊瑚δ18o与海温的相关性是不同的。比如南海的珊瑚δ18o,在季节(也即每年12个月的周期变化上)、年代际–多年代际尺度(十几年–几十年,甚至更长时间范围)上,与海温负相关;在年际尺度(比如几年范围内的变化)上,珊瑚氧同位素与海温正相关,这可能主要与厄尔尼诺-南方涛动(enso)的调节有关。

珊瑚δ18o也与降雨量与海水盐度存在关系。陶士臣说,在年际、年代际以及多年代际尺度上,南海的珊瑚δ18o与海平面和降雨量负相关,与盐度(盐度与海水自身的δ18o密切相关)正相关。

在本次研究中,科学家综合分析了南海滨珊瑚δ18o与器测的海平面、海温、盐度、降雨之间的关系,确定了南海海平面与珊瑚δ18o的统计关系,以及控制机理。

他们利用珊瑚δ18o定量重建了公元1850年以来的南海海平面变化历史。研究结果显示,在1850–1900年时段,海平面的平均下降速率为0.73毫米/年;随着全球升温,在1900–2015年时段的上升速率为1.31毫米/年。

(定量重建的1850年来南海海平面变化历史及其与相关记录的比较)

陶士臣说,他们根据1980–2015年珊瑚δ18o与海平面建立定量的转换函数,然后根据转换函数,将1850–2015年这一时段的珊瑚δ18o序列转换为海平面序列,再根据重建的海平面序列的变化特征,划分为不同的时段,比如1850–1900年,1900–2015年。

“对这些时段的海平面,分别计算其线性斜率,也即及海平面的年均变化速率,比如:在1900–2015年时段的上升速率为1.31 ± 0.06毫米/年。1.31 mm/年*116年≈150 mm。”陶士臣向记者介绍了他们得出“1900年以来南海海平面上升了150毫米”结论的研究方法。

此外研究还发现,1993年以来的上升速率为3.75毫米/年,南海海平面呈现加速上升趋势。研究认为,1850–1950年的南海海平面变化可能是太阳活动和温室气体共同作用的结果,而1950年代以来,温室气体可能主导着海平面的快速上升。

本研究首次将珊瑚δ18o用于定量重建年分辨率的海平面变化,为今后开展不同时期的海平面变化研究提供了新的方法。

文、图/广州日报·新花城记者:龙锟 通讯员:李淑、徐晓璐广州日报·新花城编辑:苏琬茜

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