热带海洋季节性温度变化的脱胶

2025-06-25 00:13来源:本站

  位于委内瑞拉附近大陆架上的Cariaco盆地是一个大的(长约160公里,宽约为65公里),由两个大约1,400米深的子贝斯组成。它通过一系列深度小于150 m的门槛部分从加勒比海隔离(参考文献47)。这限制了盆地中深水的更新,并与高氧的需求相对,这是由于强烈的一级生产力而导致的,在当前47,48的深度低于约275 m的深度以下的缺氧水。

  Cariaco盆地中明显的季节性,加上有效防止生物扰动的缺氧底部水结合,导致每年层压(Varved)沉积物的积累。由于沉积物是最后一次脱水和全新世的消失,并且由于该地区对气候变化的敏感性,因此它们被认为是最有价值的高分辨率海洋气候档案馆之一,并已成功地用于研究热带地区的气候变异性3,116,16,17,17,18。在YD – Holecene Transition18期间,Varve厚度约为1 mm或更多。

  在2003年R/V Marion Dufresne上的Images Cruise XI(Picasso)图像中检索了Core MD03-2621(Laj and Shipboard Party 2004)。根据《海洋钻井计划》和《康式计划》的规定收集了Cariaco核心。在这项研究中,提出了来自海底480厘米至540厘米的深度的数据,其中包括YD - 新世过渡。Deplazes等人11建立了Core MD03-2621的详细年龄模型,并基于Cariaco Basin49,50的已过时的颜色记录的总反射率的互相关。对于研究的间隔,原始年龄模型基于通过匹配14C Data49固定在树环数据上的浮动式变量年表。通过将反射率数据与GICC05年龄尺度上的Ngrip Ice Coreδ18O记录相关联,对Core MD03-2621的年龄模型进行了微调。从YD到全新世的过渡的特征是沉积率从1.4年降低到0.5 mm。

  为了说明在存储和亚采样过程中可能的深度偏移,我们将以灰度表达(GS)表示的沉积物颜色数据与deplazes et al.11的反射率数据匹配。为了与我们的记录进行比较,Lea等人的年龄在其记录中(11.56 kyr B2K)和Deplazes等人的数据中的YD-黑赛转变的基于沉积物色的中点之间的年龄差进行了校正。反射率变化的开始和结尾由Rampfit Software 52确定。

  如Alfken等人的描述,制备了分子代理MSI的样品:原始核心通过LL通道进行了采样,LL通道从中获得了X射线图片(Hewlett-Packard Faxitron 43855A X射线橱柜)和高分辨率数字图像(SMART-CIS-CIS-CIS-CIS-CIS-CIS-CIS 1600 LINE SCANNER)。然后将LL通道切成5厘米片,随后将其冷冻干燥,嵌入明胶中:羧甲基纤维素(4%:1%)的混合物,并在Microm HM 505 E Cryomicicrotome上进行薄切。从每件作品中,制备了一个60 µm厚的厚度和100 µm厚的纵向切片(跨越整个5厘米片),并将其固定在鉴别二氧化物 - 氧化物涂层的载玻片(Bruker Daltonik,Bruker Daltonik,Bremen,Bremen,Germany)上,分别用于MSI和MSI和元素映射。用富勒石矩阵进一步修改了MSI的切片。

  对于所有切片,在M4龙卷风微X射线荧光光谱系统(Bruker Nano Analytics)上拍摄了高分辨率图片。该图片被用作建立元素映射和MSI分析的参考,以及将元素和代理数据与沉积物颜色进行2D比较。沉积物颜色表示为GS值。为了说明单个切片之间的差异,将ΔGS计算为一个值和每个切片的中值之间的差异。分析中排除了与没有沉积物的区域相对应的非常低的GS值,该区域被排除在分析之外。

  在M4龙卷风微X射线荧光光谱系统(Bruker Nano Analytics)上进行了100 µm厚的切片的元素图,该切片配备了微型RH源(50 kV,600 µA)。在真空下进行测量,分辨率为50 µm,每点两次扫描和每次扫描5 ms的扫描时间。最初使用M4 Tornado软件版本1.3对数据进行了处理和可视化数据。将相关元素和沉积物颜色的XY矩阵进口到MATLAB(R2016B)中进行进一步处理。为了评估沉积物颜色和元素组成之间的对应关系,对于每个5厘米片,根据ΔGS对单个斑点中的Ca,Fe,Ti和Si的信号强度进行了归因,并计算每个箱的平均强度(扩展数据图5)。垃圾箱尺寸为5 gs单元。

  MSI是在7T Solarix XR傅立叶转换离子离子共振质谱仪与配备SmartBeam II激光器(Bruker Daltonik,Bremen,Bremen,Fermany,Germany)的7T Solarix XR傅里叶离子离子谐波质谱仪进行的。在正电离模式下进行分析,以选择M/z 554±12的选择性离子窗口的连续积累,并以25%的数据降低以限制数据大小。通过在100 µm的斑点距离处的定义矩形区域中的样品跨样品上的电离激光器进行栅格分辨率。考虑到毫米范围内的薄片厚度18,这种栅格分辨率适用于季节性解决的SST重建。在每次测量之前,调整了激光功率,频率和射击数量的设置,以获得最佳信号强度;典型值为250张,具有200 Hz频率和60%激光功率。外部质量校准是在电喷雾电离模式下使用三氟乙酸钠(Sigma-Aldrich)进行的。在数据采集后,通过内部锁定质量校准在数据采集后,使用热pyophopophorbide A(M/z 557.2523)的Na+加合物进行校准,这是一种相对年轻的海洋沉积物中通常存在的叶绿体A衍生物。因此,每5厘米切片都获得了大约20,000个单独的斑点,每个斑点都包含有关计算SST代理所需的二饱和和三饱和的C37烷烃的信息。

  We provide a two-pronged approach to decode SST proxy information: (1) a downcore profile is obtained by pooling alkenone data from coeval horizo​​ns, and results in SST reconstructions with annual resolution, and (2) 2D images of alkenone distribution are examined in conjunction with maps of sediment colour and elemental distribution to filter single-spot alkenone data for season of deposition.

  对于下降剖面,通过识别每5厘米的三个教学点,将MSI数据引用了X射线图像。之后,校正了X射线图像以在LL通道中倾斜层。这是通过识别X射线图像中的单层层和每层至少四个扎点的选择来完成的。可以在Alfken等人9中找到详细的描述。应用相应的年龄模型后,以1年的分辨率建立了下侧剖面:两个与代理相关的两个烷酮物种的强度(C37:2和C37:3)被记录为每个激光点,并过滤了3个信号阈值3的信号阈值。仅检测到两种化合物的位置。然后将强度值求和到对应于1年的深度。通过将代理数据汇总到1年的视野中,变化的沉积速率的效果,从而改变下侧分辨率的变化被最小化。如果至少有两个呈现两种化合物的斑点可用于单个视野,则满足数据质量标准54,并根据Prahl和Wakeham22的定义计算值:

  为了将基于气相色谱(GC)的校准用于代理,将基于MSI的数据转换为GC当量。因此,在MSI之后,提取沉积物切片进行常规代理分析。在修改后的Bligh和Dyer程序55,56之后,将沉积物从载玻片上刮下并提取。将提取物在氮流中蒸发,在N-己烷中重新溶解,并在配备了Restek RESTEK RXI-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm ID)的Thermo Finnigan Trace GC-FID上进行分析。对于每个5厘米片,计算了通过GC火焰电离检测器分析获得的值与整个部分的MSI之间的比率。可以获得基于GC值的所有零件的平均比率为1.194,标准偏差为0.021。

  该比率用于计算GC等效值,然后使用Bayspline校准将其转换为SST57。Bayspline模型的平均标准误差为0.049单位(对应于1.4°C),对于SST低于23.4°C,但在较高值(最高4.4°C)的情况下增加。这是通过以下事实来解释的:TO SST的敏感性(即回归的斜率)在较高的值时下降。在当前数据集中,95%的置信区间平均为±3.6°C。根据Alfken等人9的数据,使用至少十个数据点的基于MSI的SST重建的分析精度约为0.3°C。不确定性来源总结在扩展数据图10a中。

  为了进行频率分析,通过线性插值49个缺失值来构建一个连续的每年间隔记录。随后,记录被削弱了。使用Hanning窗口使用RedFit模块58(超级样本2,段2)进行光谱分析。使用连续的小波变换来研究随时间变化的变化,使用带有Torrence和Compo59的MATLAB代码的Morlet小波,用于MATLAB。除了小波分析外,所有步骤均使用过去的软件60进行。

  为了评估年际变异性,SST记录进行了2至8年的频段过滤。该记录基于一年的bined数据;因此,季节性被无效,要评估的最高频率(Nyquist频率)对应于2年的时间。通过在25年间隔计算带通路信号的标准偏差来量化此时间序列的可变性。为了说明分析精度对观察到的信号的潜在影响(方法,标题为“沉积速率变化对YD - 黑循环过渡期间重建年度际SST变异性的影响”),重新研究了Alfken等人的可变性实验。已将沉积物提取物喷洒在ITO载玻片上,并通过MSI分析。然后,我们随机选择了n个斑点,并获得了这些斑点的总体强度的值。将精度计算为n = 1、5、10、20、30、40、50和60的五个重复实验的标准偏差。随着观测数的增加,分析可变性降低到曲线(R2 = 0.838),由方程描述。

  根据该方程式,可以根据包括的值数量来计算每个视野的分析变异性(扩展数据图10b)。然后,从带通滤波的信号中观察到的可变性中减去每个25年窗口的平均变异性,并在Müller等人的等式后将所得代理值转换为SST。用t检验评估了11.66 kyr B2K后校正后的SST变异性变化的统计显着性。

  为了评估SST季节性,根据ΔGS对单个斑点的烯酮强度进行了归类,bin尺寸为1单位。然后通过识别阈值ΔGS值,将斑点分为上升季节和非上季节的类别,从而最大程度地提高了其上方和下方的平均SST之间的差异。Furthermore, this value had to fulfill three conditions: (1) be higher (lighter) than the bins with the highest relative abundance of Ca, Ti and Fe, which is indicative of the dark sediments associated to non-upwelling season, (2) be lower (darker) than the bin with highest relative abundance for Si indicative of light sediment associated to the upwelling season and (3) the number of spots categorized as upwelling and non-upwelling had to至少占总斑点的25%。如果标准1和2阻止了标准3的实现,则设定了15%的限制。将数据分为这两个类别后,按照上述未过滤数据集分别处理数据,并应用了5年的下侧时间分辨率。季节性被计算为两种记录之间的差异,因此代表了非上流和上升季节的5年平均SST之间的差异。

  使用RampFit Software将季节性转变为两个不同的坡道52。应用了不受约束的方法和受约束的方法(其中坡道的起点和终点仅限于11.725–11.8 kyr B2K和11.6-11.675 KYR B2K)。负值不包括在此拟合中。由Mann -Whitney等级测试比较了最终的数据组。

  根据Hadisst DataSet62,计算了现代Cariaco盆地中的SST季节性,通过将每年的数据从每年分为两组,并在两组平均温度之间寻找最大的差异,从而根据Hadisst DataSet62计算了SST季节性。每组必须连续至少包含三个月。在41年中的36年中,温暖季节是从5月到11月或7月至11月定义的。

  每年重建的SST(平均SST = 24.3°C)在YD - 黑循环期间保持相对稳定。在约11.4 kyr B2K时,观察到变暖趋势。在11.39 KYR之前和11.37公里后平均所有数据导致23.9±1.6°C的变暖增加到25.5±1.4°C。MSI确定的趋势与本研究中进行的常规分析以及Herbert和Schuffert23在海洋钻井程序Core Core 165-1002C上报道的趋势一致(扩展数据图1)。这些作者在过渡到全新世几百年后观察到略有变暖,约为11.53至11.32 Kyr B2K。

  大约11.50至11.45 Kyr B2K之间观察到三个突出的SST最大值。这50年中的平均SST比前后50年的平均SST高1.3°C。这些最大值与11.4-ka冷事件或PBO同步,其特征是Δ18O进行负偏移,而在Greenland Ice CoreS63中降低了积雪速率(扩展数据图2)。PBO与最古老的债券事件相吻合,即北大西洋中冰脉的脉冲表明气候恶化64。

  Lea等人3的低分辨率有孔虫的SST记录支持了对PBO的热带反应,该记录显示了YD-新世过渡结束后不久的SST的两个数据点。为了实现直接比较,Lea等人的年龄在其记录和Deplazes等人的数据中校正了基于沉积物颜色的YD终止中点之间的年龄差。校正后,这些最大值对应于11.43和11.50 kyr B2K(扩展数据图2)。此外,SST Maxima与较轻的彩色沉积物的短暂变化相吻合。Hughen等人的19描述了短暂的北大西洋寒冷事件(例如PBO)之间的相关性,以及由较强的上升流介导的热带初级生产力的变化,这导致Cariaco盆地中的沉积物较轻。以前在西亚已经描述了PBO的深远影响,灰尘羽流与西北部的向南转移有关65。

  对PBO潜在的TNA响应背后的机制的鉴定超出了这项研究的范围。但是,我们希望指出,高分辨率记录对于确定此类事件并区分了在时间上重合的基本变化以及在当前情况下的潜在变化之间至关重要,并且在同一多年时间尺度上起作用的尖锐信号,并可能由相同的流程触发。

  将代理数据汇集到1年的视野中建立了恒定的采样率,从而阻止了变化沉积率的潜在影响。Cariaco盆地沉积物中全新世的发作的特征是,沉积率从1.4升至0.5毫米-1岁(参考文献11,19)。因此,在年度汇总数据中,我们观察到每个视野汇总的值的数量减少(扩展数据图10b),因为较少的激光斑点适合较薄的全新世层。同时,每个斑点中的平均强度略有增加,这与触发对初级生产的贡献的相对增加一致。

  我们先前已经表明,基于MSI的分子代理分析的精度取决于每个数据点汇总的斑点和这些Spots54中的信号强度的数量。下侧记录中使用的所有视野均高于十个斑点的确定阈值,而代理可变性显示可稳定在此阈值9,54以上。但是,随着每个视野值数量的减少可能仍会导致较低的分析精度并导致较高的信号变异性,我们使用估计的分析可变性纠正了2 - 8年窗口中的可变性(请参见公式(3))。通过这种校正,所描述的变异性的大小在整个记录中都降低,但是全新世跨度越来越多的年际变异性的趋势仍然存在(图2C)。

  元素图和沉积物颜色(扩展数据图5)的比较显示了YD - - 希尔毕液过渡的一致层压模式,这是由于季节性相互作用,降水,上升和占主导地位的浮游植物群落组成而产生的。较深的薄片代表了多雨的,非上流(夏季/秋季)的季节,并富含来自陆源物质的Fe和ti,并从有孔虫或球pol虫产生的生物caco3中源自生物caco3。较轻的薄片的特征是Si的丰度很高,对应于上升(冬季/春季)季节中硅藻产生的生物蛋白石的产生。这与Hughen等人的观察一致,Hughen等人18将Cariaco盆地中的薄片对联表示代表年度周期,其中Light Laminae是与冬季/春季上升季节相关的高生产率的指标,而Dark Laminae是夏季/秋季/秋季径流和陆金属材料的指标。Deplazes et al.68描述了层压层的不同起源,对YD的更深层次进行了层压,其中夏季的钙质含量丰富,具有钙质和致邪恶的元素,是夏季的特征,而深色层则丰富了SI和BR,表明了硅藻和有机的原始生产者,以及有机的原始生产者的特征,以使其具有更高生产力的冬季冬季。在此处研究的后期YD中,未观察到层压特征模式的这种改变。

  这种季节性的蓝图用于评估烯烃的季节性行为。烯酮全年沉积,这证明了以下事实:含有可检测量的两种烷酮物种的斑点数量不仅限于上升或非上流季节,但分布在相对较大的GS值范围内,向中间数据的两个侧面分布(扩展数据图6)。在非上季节,平均烯酮信号强度较高,这表明本赛季的烯酮生产商和/或在上升季节对信号的稀释率更强。关于在光与暗层中的SST代理分布,我们的观察结果与现代Cariaco Basin69中沉淀颗粒的季节性SST周期的能力一致。

  改变的季节性可能有助于解释YD和早期全新世期间TNA中较低分辨率的SST记录的对比。在Cari​​aco盆地的有孔虫mg/ca记录中记录的YD - 实钙过渡期间的强烈变暖(Lea等人3;扩展数据图1)可能反映出本赛季的Globigerinoides Ruber的偏好,可能反映了更稳定的热盐分层,并且越来越温暖的非上空季节。

  Lea等人3使用的Globigerinoides Ruber(白色)被认为是热带地区的主要物种,年度分布相对均匀。然而,在现代的卡里亚科盆地中,上升流导致了独特的有孔虫社区组成和季节性失误70,这与温暖的水有孔虫的概念一致,使他们的发生率缩小到最温暖的季节71。G. ruber的相对丰度在非上流(温暖)季节增加,但很少超过15%,而上升季节显然由Globigerina Bulloides72,73主导。如在SST年度最小值中表达的那样,上升流量最大时,Globigerinoides Ruber通量始终是最低的(图9B图9B)。由于YD和全新世早期的上升时间比现在的70年更加激烈,因此G. ruber在夏季(非延期)季节的偏爱可能更加明显。

  因此,在全新世早期的季节性更强的季节性的发展将导致G. ruber在非上捕捞季节的时间狭窄,在此期间也将暴露于更高的SST。在我们的分析中获得的季节之间的平均SST差异可以通过假设正弦曲线转换为年度SST幅度。通过这样做,我们观察到季节性幅度的增加为1.5至1.9°C(取决于坡道的坡道),这与Lea等人3所述的变暖相似。

  这种解释与Bova等人一致。46,他观察到大多数全新世气候重建都偏向北方夏季/秋季,并反映了季节性而不是年温度的演变。如上所述,对于Cariaco盆地的指数可能并非如此,因为烯烃全年都沉积。然而,建议在YD期间(与全新世相比)的夏季分层减弱,可以解释为什么与其他开放式,热带YD Records 4相比,半封闭的Cariaco盆地的低分辨率记录没有或较弱的变暖23,在这里,上升,淡水输入和分层的相互作用与SSST相关。

左文资讯声明:未经许可,不得转载。