利用西孟加拉湾的多代用沉积记录重建全新世晚期的高分辨率气候变率

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Reconstruction of high-resolution climate variability of the late Holocene using multi-proxy sedimentary records of the western Bay of Bengal

孟加拉湾沉积物中浮游有孔虫和磁学参数揭示过去5000年季风与气候强迫关系，显示西南季风在北大西洋寒冷事件中减弱，但特定时段（如4400年BP、3200-1500年BP）显著增强，可能与湿润期相关；LIA期沉积速率增加，可能由火山活动驱动ITCZ南移；频谱分析识别出273年、91年、68年和4-2.2年周期，对应De Vries/Suess循环、Gleissberg太阳周期、AMO和ENSO。

　　

Komal Shinde|Kuppusamy Mohan|Pankaj Kumar|B.R. Manjunatha|Jithin Jose|Kothandaraman Saravanan

印度金奈维洛尔理工学院高等科学学院，邮编600127

摘要

孟加拉湾（BoB）是一个低盐度的热带海洋盆地，受到季节性风型变化的影响显著。这些风型变化带来了西南季风（SWM）和东北季风（NEM），同时也为孟加拉湾带来了大量的淡水和沉积物。由于这些因素，孟加拉湾积累了全球最厚的沉积物，尤其是在该盆地的北部和西部地区，这些地区非常适合通过沉积物岩芯进行高分辨率的古气候和海洋学研究。尽管已经进行了多次古气候和古环境重建的尝试，但由于高分辨率研究的有限，该地区仍然未被充分探索。在这项研究中，我们提供了来自维沙卡帕特南附近氧气最小值区（OMZ）西侧的SK 336/GC-2岩芯的多十年到百年分辨率的数据，包括浮游有孔虫、磁学指标和光谱分析结果。除了关键的气候事件外，这些数据还揭示了过去5000年的古环境及太阳活动情况。研究表明，在大西洋寒冷事件期间，西南季风通常会减弱；然而，在某些时期（约4.4千年前、约3.2至1.5千年前、约900至650年前以及200年后），西南季风却显著增强，这与湿润的天气条件有关。在暖期（LIA）期间，尽管夏季太阳辐射较低，但由于冬季降水量增加和赤道辐合带（ITCZ）向南移动，沉积作用加剧，这可能是由火山活动引发的。浮游有孔虫物种的光谱分析显示，高频周期出现在273年、91年、68年以及4.0至2.2年，分别对应于德弗里斯气候变化周期（de Varies cycle）、格莱斯伯格太阳周期（Gleissberg solar cycle）、大西洋多年代际振荡（AMO）和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）。浮游生物和矿物磁参数数据的周期性在11至15年和16至27年之间，分别与施瓦贝周期（Schwabe cycle）和黑尔周期（Hale Cycle）相对应。这些发现强调了孟加拉湾边缘沉积物作为揭示季风变化和热带气候演变的重要档案的重要性。

引言

在过去三十年中，特别是在重建西南季风（夏季季风）方面取得了显著进展，重点研究了其驱动机制和反馈机制，包括人类活动的影响（Demenocal和Rind，1993；Haridas等人，2022；Kangane等人，2021；Mayewski等人，2004；Srivastava等人，2024）。自然古气候档案对于重建关键历史时期的气候变化至关重要（Govil等人，2022；Kangane等人，2021；Mayewski等人，2004；Mohanthy等人，2023；Srivastava等人，2024）。这些记录不仅有助于理解过去的气候，也有助于预测未来的气候趋势。孟加拉湾是一个地理上独特的最大热带海洋盆地，其特点是季风风型的季节性反转，接收来自南亚大部分主要河流的沉积物（Dixit等人，2018；Singh Rana和Nigam，2009；Srivastava等人，2021；Ummenhofer等人，2024；Verma等人，2022）。由于陆地和海洋的加热程度不同，赤道上的ITCZ南北移动控制着季节性季风的强度（Dixit等人，2018；Ummenhofer等人，2024）。在西南季风期间，恒河、布拉马普特拉河、克里希纳河、戈达瓦里河和马哈纳迪河等河流排放大量淡水，增强了孟加拉湾的水层分层，并带来了营养物质，同时温暖且低盐度的水也影响了初级生产力并调节了混合层的动态（Banerji等人，2020；Singh Rana和Nigam，2009；Srivastava等人，2021）。孟加拉湾及其周边大陆地区还经历东北季风（NEM），这也影响了区域水文特征，进一步增加了淡水排放（Banerji等人，2020；Gautam等人，2021；Kangane等人，2021；Govil和Naidu，2011；Rashid等人，2011；Verma等人，2022）。喜马拉雅山脉的抬升和强烈的印度季风是导致每年约20亿吨淡水流入的主要因素，这些淡水主要来自喜马拉雅山脉和印度半岛地区（Chauhan和Vogelsang，2006；Srivastava等人，2022）。这些河流的物理过程（排放、循环和分层）对孟加拉湾的初级生产力有显著影响（Sarma等人，2013；Sijinkumar等人，2016；Haridas等人，2022）。此外，其他短期气候变化（如ENSO和IOD）以及外部驱动因素（例如太阳活动的变化和火山活动）也对生物初级生产力有显著影响（Demenocal和Rind，1993），因为它们通过改变海洋条件来调节营养物质的分布（Kay等人，2018；Verma等人，2022）。尽管进行了许多区域研究，但对全球性突发气候事件的响应仍然知之甚少（Haridas等人，2022），因为这些研究要么时间分辨率有限，要么基于单一指标方法。通过改进高分辨率研究可以填补这一空白。本研究利用浮游有孔虫和相关环境磁参数来探索全新世晚期的气候变化，为了解南亚地区的古季风动态提供了宝贵的高分辨率见解。

研究区域和区域海洋学背景

孟加拉湾位于印度洋的东北部，覆盖纬度约6°至22°N、经度约80°至94°E的区域，平均深度约为2000米（Curray等人，2002；Vinayachandran等人，2021）。其地理特征和独特的风型模式共同塑造了当前的气候状况。同样，阿拉伯海西部和孟加拉湾也受到强烈的季节性风应力以及东部沿海流（EICC）的影响，后者主要由风驱动。

海洋沉积物岩芯样品的处理

按照标准程序（Gupta和Thomas，1999；Mohan等人，2011）仔细处理了岩芯样品，以防止污染。为了分散粘土并去除有机物，样品被浸泡在含有3-5%过氧化氢（H?O?）或半汤匙碳酸氢钠（NaHCO?）的Milli-Q水中过夜。然后，样品通过63微米筛子冲洗，以减少破损。

过去5000年的沉积速率变化

岩芯顶部418厘米的部分涵盖了约5000年的沉积历史，显示出快速的沉积速率。这些样品具有高分辨率，岩芯的平均沉积速率为约93.60厘米/千年。根据顶部1厘米到200厘米（即距今1.8千年）的时间分辨率，样品的分辨率约为15年/个；而200厘米到418厘米（约1.8千年到4.6千年）的样品分辨率约为24年/个。沉积数据表明，该时期的沉积速率相对较高。

讨论

过去约5000年的古气候记录显示了明显的气候变化，反映了与印度季风相关的区域气候转变和水柱特征。浮游有孔虫和沉积物指标的定量分析相互补充，共同提供了可靠的结果。本文讨论了多十年到百年尺度上的气候变化及其与区域环境演变的相关性。

结论

浮游有孔虫的丰度、磁学参数、沉积速率和周期性记录反映了SK336/GC-2岩芯中的沉积物情况，这些沉积物主要受到季风影响的化学风化作用的影响。磁学参数通过追踪沉积物来源、风化强度和水动力条件的变化，有助于理解古气候的变化。这些发现突显了该地区对全新世中期到晚期的古气候响应。

作者贡献声明

Komal Shinde：软件开发、方法论设计、调查、数据分析、数据整理、初稿撰写。Kuppusamy Mohan：监督、方法论指导、概念构思、审稿与编辑。Pankaj Kumar：数据验证、调查工作。Jithin Jose：数据整理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

KM感谢国家极地与海洋研究中心（NCPOR）提供孟加拉湾的SK 336/GC-2岩芯样本。作者感谢IUAC提供的AMS设施，该设施由印度地球科学部（MoES）资助，参考编号为MoES/16/07/11(i)-RDEAS和MoES/P.O.(Seismic)8(09)-Geochron/2012（AUC ID 72230和74403），同时感谢曼加洛尔大学提供的磁分析支持。KS得到了维洛尔理工学院的帮助。