来自劳伦泰德冰盖的B?lling-Aller?d融水排放：北极海洋沉积物证据

《Global and Planetary Change》：B?lling-Aller?d meltwater discharge from the Laurentide Ice Sheet: Arctic Ocean sedimentary evidence

北极海沉积岩芯分析揭示B?lling-Aller?d时期劳伦冰盖经前麦肯齐河向北极海洋排放融水至少贡献1.3-4.2米海平面上升。

　　

Kenta Suzuki | Masanobu Yamamoto | Leonid Polyak | Tomohisa Irino | Toshiro Yamanaka | Seung-Il Nam

北海道大学环境科学研究生院，日本札幌060-0810

摘要

在最后一次冰消期中的B?lling-Aller?d（B/A）温暖时期，全球海平面上升了大约18-25米，但这种融水的具体来源仍不确定。通过对阿拉斯加北部北极海洋边缘的7个沉积物岩心的分析，并结合区域数据集，发现了一个在B/A期间形成的独特沉积层。这一沉积层颗粒较粗（>63微米），并且高岭石和陆地有机物质的浓度较高。沉积学和地球化学证据共同表明，这些融水是通过劳伦泰德冰盖（LIS）的西部边缘，通过原始马更些河（proto-Mackenzie River）流入海洋的。通过将这些发现与现代马更些河的沉积物和融水排放情况进行比较，我们估计在B/A期间，来自劳伦泰德冰盖的融水至少贡献了1.3-4.2米的全球海平面上升，相当于该时期海平面上升总量的6.8-22.1%。这些发现首次提供了将劳伦泰德冰盖融水增强流出与北极海洋联系起来的海洋沉积学证据，强调了其在冰消期海平面上升和北极气候演变中的重要作用。

引言

在最后一次冰消期的B?lling-Aller?d（B/A）温暖期间，由于大陆冰盖的融化，全球海平面上升了约25米（Yokoyama等人，2018年）。其中一次特别剧烈的海平面上升事件被称为“融水脉冲1a”（Meltwater Pulse 1a，MWP-1a），始于B/A开始时（约14.6千年前），在大约350年内导致全球海平面上升了12-18米（例如，Fairbanks, 1989; Blanchon和Shaw, 1995; Edwards和Peltier, 1995; Hanebuth等人, 2000; Stanford等人, 2006; Deschamps等人, 2012）。尽管进行了大量研究，但这种大量融水的确切来源和体积贡献仍然不确定，估计北美和格陵兰冰盖贡献了约6-13米，南极冰盖贡献了约1-10米，欧亚冰盖贡献了约1-6米（例如，Tarasov和Peltier, 2006; Mackintosh等人, 2011; Tarasov等人, 2012; Brendryen等人, 2020）。

在最后一次冰盛期（Last Glacial Maximum，LGM），劳伦泰德冰盖（LIS）的体积约为30×10^6立方公里，占上一个冰期储存的全球融水量的超过一半（Gowan等人，2021年）。综合冰川模型表明，在MWP-1a期间，劳伦泰德冰盖的融水主要流向墨西哥湾和大西洋西部，流向北极海洋的融水量较少（例如，Tarasov和Peltier, 2006）。数值模拟表明，如果大量劳伦泰德冰盖的淡水流入北极海洋，将会大大削弱大西洋经向翻转环流（AMOC），导致格陵兰地区降温（Condron和Winsor, 2012）。因此，尽管发生了MWP-1a事件，B/A期间的温暖气候仍然持续，这意味着劳伦泰德冰盖对北极海洋的淡水贡献是有限的。海洋沉积学代理记录，如粗颗粒含量和稳定同位素组成，记录了最后一次冰消期间北美冰盖的多次崩塌事件（Keigwin和Jones, 1995; Rashid等人, 2011; Keigwin等人, 2018; Gorbarenko等人, 2019）。关于B/A期间劳伦泰德冰盖融水排放的历史，在墨西哥湾（Leventer等人, 1982; Williams等人, 2012）和劳伦泰德冰盖的大西洋边缘（Keigwin和Jones, 1995）有详细报道，主要反映了来自大型冰前湖泊的向南和向东的排水。然而，尽管有大量劳伦泰德冰盖融水可能流入北极海洋，但在北极冰川沉积物中尚未发现直接证明这一事件的地质证据。

在这项研究中，我们通过分析阿拉斯加北部北极海洋的冰消期沉积物，利用粒度、矿物学和有机质指标来填补这一关键知识空白。我们识别出一个独特的沉积事件层，表明在B/A期间有大量融水从劳伦泰德冰盖的西部边缘流出。尽管从沉积数据中准确量化劳伦泰德冰盖的融水流量受到多种不确定性的影响，但我们利用这一事件层的空间分布和厚度来估算流入北极海洋的融水体积。这一估算为B/A期间劳伦泰德冰盖融水对全球海平面上升的贡献提供了新的限制。

章节摘录

背景

劳伦泰德冰盖的西北边缘与北极海洋接壤，其地形多样，包括加拿大高北极群岛（Canadian High Arctic Archipelago，CAA）内的深槽和广阔的马更些河流域（图1A）。这种地貌特征促进了过去冰消期间冰流和融水的大规模排放（Wickert, 2016; Dalton等人, 2023）。Licciardi等人（1999）估计，在LGM之后，大约12%的劳伦泰德冰盖融水

沉积物岩心

我们分析了从阿拉斯加北部和楚科奇海（Chukchi Sea）收集的沉积物岩心，以研究冰消期的沉积过程，特别关注B/A时期。总共分析了7个来自北极海洋西部的沉积物岩心。其中5个岩心（02A、02B、03B、08和28A）是在2011年和2012年的ARA02B和ARA03B北极考察期间从楚科奇海边缘采集的（表1；图1A）；另外两个岩心的数据（08

岩性

北极海洋西部沉积物的颜色主要呈现棕色（B）和灰色（G）层交替出现（图3A），这与早期北极海洋研究中的结果一致（例如，Polyak等人，2004, 2009; Stein等人，2010a, 2010b）。棕色层包含深棕色和浅棕色亚层（图4），而灰色层则从灰色到深灰色和橄榄灰色不等（图4）。在02A、02B、03B和08号岩心的G1层中，有明显的

冰消期沉积物及其来源（K层和DK层）

北极海洋沉积物中灰色和棕色岩层的交替出现通常被认为是冰期和间冰期之间的过渡（例如，Polyak等人，2004, 2009; Stein等人，2010a, 2010b; Schreck等人，2018）。在这项研究中，最上层的棕色层B1局限于全新世（约11千年前至今），而第二层棕色层B2可能对应于海洋同位素阶段（Marine Isotope Stage，MIS）3，因为其¹⁴C年龄超过

总结与结论

通过详细的沉积物岩性分析和可靠的年龄测定（包括多次梯度热解¹⁴C测年（Suzuki等人，2021）以及与马更些河三角洲附近已定年记录的精确地层对比（Keigwin等人，2018），建立了来自阿拉斯加-楚科奇边缘外海的北极海洋沉积物的冰消期地层。在这个框架下，我们识别出一个富含高岭石的独特层（K层），该层出现在最后一次冰消期间

CRediT作者贡献声明

Kenta Suzuki：写作——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法论、研究设计、资金获取、数据分析、概念构建。 Masanobu Yamamoto：写作——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、概念构建。 Leonid Polyak：写作——审稿与编辑、资源协调、项目管理、研究设计。 Tomohisa Irino：写作——审稿与编辑、资源协调、方法论。 Toshiro Yamanaka：写作——审稿与

利益冲突声明

作者声明与本文无关的利益冲突。

致谢

我们感谢ARA02B、ARA03B和HOTRAX'05考察队的工作人员和科学成员在获取用于研究的沉积物岩心方面所做出的努力。2011年和2012年的RV Araon北极考察完全得到了韩国极地研究所（Korea Polar Research Institute）K-Polar计划的支持（PP11070至SIN），这项工作还得到了项目RS-2025-24683148（KOPRI-PN26010至SIN）的支持。我们感谢韩国极地研究所和Byrd极地与气候研究中心提供的支持