未来北冰洋的古海洋学的主要研究主题

未来北冰洋的古海洋学的主要研究主题

这里提出一些未来研究的关键主题,这些主题当然不是完整的,并且必须被看作样本。

2.1第四纪和新第三纪气候变化在亚千年到米兰科维奇时间尺度。

北极地区高分辨(亚千年)气候记录仍然是罕见的且仅能从北欧海域和欧亚大陆架海域的少数几个地点得知。例如,一些高分辨记录表明在北极显示的短期百年到千年尺度的气候变化和河道流量与格陵兰冰芯记录相关,北大西洋海冰覆盖面积的变化和挪威冰川的进退,可能反映了自然循环的气候变化与过去几十年里所描述的北大西洋振动/北极振动(NAO / AO)模式变化相关。考虑到北冰洋对全球海洋环流和气候系统的重要性,重现气候上的重要参数(如,海表面温度和盐度,大西洋水流入,海冰覆盖,河流流量)需要关键区域的更高分辨率的古海洋学数据集。这类反超直接排放测量的时间尺度的数据集,可被用于确定这些参数的自然变异,而这些参数作为过去100-150年中评估人类活动影响变化的背景。在这种背景下,这种战略方法是为了合并大气和来自冰上的海洋信号,海事和轨道上,年代的陆地(湖/冻土)气候记录,用十年的尺度去解读他们的复杂的相互关系和影响,在中低纬度的过程之间的关系,与外部作用的效果。最重要的好处就是在温暖和寒冷气候条件(冰冻土海洋大气机制)对于触发快速(102-103yr)气候变化的极性机制和阈值的理解,以及在北部和南部的高纬度地区的变化的时间和空间演变的比较。

需要从弗拉姆海峡/叶尔马克高原地区(研究北大西洋水流入,海冰覆盖,初级生产等变化的位置),北冰洋(研究环北极河流流量,海冰边缘区的过程,大西洋和太平洋的水影响等的变化的位置)周围的大陆边缘,和中央北冰洋(研究海冰覆盖和漂移,水的质量特性,初级生产等的变化的位置)获得高分辨记录。通过特征为高沉积速率的钻取土样,必须通过深测术(Hydrosweep)和声学/地震(Parasound和多道地震)的调查精心挑选。为了研究全新纪的气候变化,地核可以通过传统的活塞和kastenlot钻土取样被检索。为了研究较长时间尺度的(子)千年气候变化,即,在第四纪/晚第三纪时代的不同边界条件下,然而,钻芯是必要的。

2.2北冰洋长期的中新生代气候历史

尽管综合大洋钻探计划(IODP)远征302 ACEX的成功,在新生代时期的长期和短期的变化与北冰洋的气候历史相关的重大关键问题,不能从ACEX记录中找到答案,由于较少的岩心采取率,尤其是,一个主要的中新生代裂孔(图1),这个裂孔了跨越关键的时刻,这个时刻全球气候从新生代早期温室世界到晚新生代冰窖世界的过渡期间发生了显著变化(图2),。ACEX的成功无疑已经为北冰洋的进一步科学钻探打开一扇门。ACEX结果将表明下一轮的要解决的问题。。。。。。。一些主要的科学问题如下:

(1)地球气候的从一个极端(缺冰的古近纪温室)到另一个极端(新近纪冰室双极冰期的特点是南极大陆冰盖和季节性变化而持续的海冰覆盖在北极)新生代过渡是与增加的纬度梯度和连接表面和高、低纬度海洋的深海环流海洋的变化密切相关的。然而,一般的新生代降温的趋势通过变暖间隔以及短期的极端冷却瞬变而被中断,一些相关的关键问题是:在图2中,北冰洋气候是随全球趋势变化的么?早始新世气候适宜(ACEX记录中较少的岩心采集率)和渐新世和中新世变暖被反映在北冰洋的记录中了么?在北半球和南半球,广阔的冰川同时形成了么?就频率,范围,大小而言,海冰的变化是什么?

(2)黑色硅质粘土和含有丰富的有机碳的粘质粉土中被发现在整个上早期到ACEX记录的中始新世,但是源于代表晚白垩世的阿尔法脊的短小沉积物核心,这些数据代表了特点为通风不良的底层水和高而变化的初级生产的古环境。在中生代和新生代时期,这些极端条件是何时并且是怎样形成的?何时、如何改变氧化的在新近纪和第四纪北冰洋出现典型的底层水?下至深海盆地发生缺氧了么?

(3)更接近西伯利亚边缘的钻井位置为河流排放的历史及其古环境意义的研究提供了可能。在这样的背景下,对西藏地区的喜马拉雅中新世隆起的研究是特别有趣的,因为它可能引发增强西伯利亚河流的流动,并且可能改变北极地区的地表水的淡水平衡,它被认为是北极海冰和冰河时期开始形成的一个关键因素,一种假说是由沿卡拉和被大型河流莱娜,鄂毕湾,和叶尼塞河放电影响的拉普捷夫海大陆边缘进行钻井测试。

(4)在北冰洋和太平洋和大西洋的之间的水团的变换对于长期气候变化以及快速的气候变化是多么重要!

3未来北极海洋钻井的关键领域

为了研究长期的中新生代岩层气候演化,我们需要取得原状土和完整的沉积序列,在深层断面各主要大洋中脊系统进行打钻,即,罗蒙诺索夫海岭,阿尔法-门捷列夫岭,和楚科奇海台/ Northwind岭(图3,重点区域1到3)。研究米兰科维奇和千年到亚千年时间尺度气候变化的的高分辨率记录,可沿着特点为高沉积速率大陆边缘进行打钻。在这里,重点地区是卡拉,拉普捷夫海和特点为大的河流流量的博福特海(图3,重点区域4,5和8)。研究北冰洋的交流史上关键位置是弗拉姆海峡/叶尔马克高原,莫里斯杰瑟普上升和楚科奇海台/ Northwind岭和白令海地区(图3,6,7,3,和10)

4结束语与未来的展望

关于北冰洋的短期和长期的演变极其对全球气候的历史认识的重要性,以上所提到的最关键的问题以及需要回答这些问题的北冰洋科学钻井的关键领域,在过去的二十年中,这些都已经被确定在几个专题研讨会上,发表在研讨会报告中。然而,多年来,对于冰覆盖的北极海洋进行科学钻探仍然是一个梦想。在2004年、ACEX钻井是第一个步使这个梦想的一部分成为现实。现在,未来需要进一步钻探活动(包采用新技术),例如,在这篇文章中,“MEBO”是一个部署在海底的远程控制钻机,并发展为德国不莱梅大学的海洋环境科学中心(MARUM),MEBO已成功应用在大陆斜坡智利最近的钻探活动中,在那个地方可以得到超过70米长的连续沉积记录,平均岩心回收率接近90%,并且计划把MEBO进一步发展为可以适用甚至可达200米长岩心钻探。MEBO型钻井可以从现有的破冰加强船进行研究(如德国Polarstern号,这种双壳的破冰船可以突破1.5米厚的冰以大约5海里速度)。这意味着,这种类型的北极钻井在北冰洋的古海洋学研究中一定会实现众多的重要目标,因此这种钻井甚至现在可以开始并且允许IODP型钻井程序。为了从洋脊和深海盆地获得较长钻芯(大于500米),然而,一个新的具有深水钻井的能力的大型破冰船构造可能是最佳的(例如北极光),但也是在多学科的北极海洋研究中打开另一个新的维度的很昂贵的解决方案。 最后,应该明确强调的是,任何未来的北极海洋钻探活动(包括选址)的精确规划,所选钻井地址的安全和环境保护方面的评估等等,首先需要现场测量数据。这意味着,详细的现场勘测战略的发展是未来几年面临的主要挑战。


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