地球科學(xué)家重建了“令人大開眼界”的900年美國東北部氣候記錄

馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)的地球科學(xué)家首次在這一領(lǐng)域部署了一項新技術(shù)，重建了美國東北部最長、分辨率最高的氣候記錄，揭示了此前未被發(fā)現(xiàn)的過去溫度周期，并將該記錄延長了900年。在過去，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了1850年的早期。

第一作者丹尼爾米勒與海倫哈比赫特和本杰明凱斯林一起進(jìn)行了這項研究，作為他們博士項目的一部分，地理科學(xué)教授雷蒙德布拉德利和伊斯拉卡斯塔涅達(dá)。正如米勒解釋的那樣，他們使用了一種相對較新的定量方法，這種方法基于一種叫做支鏈甘油二烷基甘油四醚(branch GDGT)的化合物的存在，這種化合物在世界各地的湖泊、土壤、河流和泥炭沼澤中都有發(fā)現(xiàn)。這些化合物可以提供獨(dú)立的陸地古溫度計，可以準(zhǔn)確評估過去的溫度變化。

米勒說：“這是這些化合物第一次被用于重建中國東北地區(qū)的溫度，這也是第一次有這樣的決議?！彼退耐略?00年的時間跨度內(nèi)總共收集了136個樣本，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用更傳統(tǒng)的方法和其他通常每30到100年只生產(chǎn)一個樣本的地方。

在他們的結(jié)果中，米勒說，“我們看到它基本上冷卻到20世紀(jì)之前的大多數(shù)記錄，這與北美的其他古代記錄相匹配。我們看到了中世紀(jì)早期的溫暖時期和19世紀(jì)的小冰期?！彼a(bǔ)充說，意外的觀察表明，美國東北部的記錄中沒有10年、50年到60年的溫度周期?！斑@是一個新發(fā)現(xiàn)，令人驚訝。我們正試圖找出造成這種情況的原因。這可能是由于北大西洋濤動或大氣模式的其他變化。我們將進(jìn)一步研究它。”

他補(bǔ)充說，“我們對此非常興奮。我覺得這是一個很好的故事，講的是提出有前途的想法的研究生，如果能得到咨詢師足夠的支持，如何進(jìn)行真正令人大開眼界的研究。詳情見歐洲地球物理聯(lián)盟開放獲取在線期刊《過去的氣候》最新一期。

作者指出，古溫度的重建對于區(qū)分人為氣候變化和自然變率非常重要，但歷史溫度記錄不足以捕捉早期人類影響的變化。此外，使用傳統(tǒng)的花粉和陸地沉積物樣本作為氣候因子可以反映令人困惑的參數(shù)，而不是溫度，例如降水、濕度、蒸散和植被變化。

因此，研究人員指出，需要額外的定量古溫度記錄來準(zhǔn)確評估美國東北部過去的溫度變化。米勒說，一個獨(dú)立的古代陸地溫度計依賴于測量湖泊沉積物的一個分支GDGT中的兩種副產(chǎn)品。這種方法是荷蘭研究人員20年前首次引入的，提供了一種有前途的替代方法。

他指出，來源生物體并不知道GDGTs分支，但它們被認(rèn)為部分是由嗜酸菌產(chǎn)生的。“這些化合物可能是由細(xì)胞膜或皮膚中不同的藻類和細(xì)菌群落產(chǎn)生的，”他指出?！熬拖袢祟愐粯樱つw可以調(diào)節(jié)體溫，而這些化合物會隨著溫度的變化而變化。所以如果它們在夏天生長，就會反映這種情況，這些化合物和冬天產(chǎn)生的化合物是不一樣的。我們記錄化合物，得到溫度曲線。我們發(fā)現(xiàn)這些生物在秋天似乎有很多生長。當(dāng)它們死去時，它們會沉入湖底。我們認(rèn)為主要是我們檢測到的降溫。

在這項工作中，米勒和他的同事在2014年5月建造了大型塑料沉積物收集器，并將其部署在緬因州中部一個106英尺深的湖下約10英尺處。然后他們潛入水中收集一個集水瓶。在2015年6月、7月、8月、9月和5月的每個陷阱底部。

米勒說：“這個湖很小，而且很陡。地面風(fēng)中似乎沒有太多的水混合。我們認(rèn)為這有助于保持底層水層多年不缺氧，這被稱為缺氧，并有助于保護(hù)湖底沉積物中的年層。很少有湖泊有如此精細(xì)的線條來代表年度沉積，所以你所要做的就是通過放射性碳測年等方法仔細(xì)統(tǒng)計我們的結(jié)果，結(jié)果表明用這種方法重建溫度記錄是成功的。”

米勒和他的同事說，該項目得到了許多方面的大力支持，包括支持緬因州學(xué)生實(shí)地工作和數(shù)據(jù)收集的UMass Amherst校友會；貝茨學(xué)院地質(zhì)系；美國地質(zhì)調(diào)查局的資金；以及麻省大學(xué)阿默斯特分校的喬哈特肖恩紀(jì)念獎、先進(jìn)生物地球化學(xué)實(shí)驗室設(shè)備和地球科學(xué)系，以及東北氣候適應(yīng)科學(xué)中心的其他援助。

研究人員得出結(jié)論，第一次古溫度重建結(jié)合了來自盆地和池塘的特定位置的知識，“讓我們了解了人類影響時代后美國東北部的氣候變化”，并“幫助我們了解了brGDGT在湖泊系統(tǒng)中的產(chǎn)生和命運(yùn)”。

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