东南极西福尔丘陵企鹅生态过程对气候变化的多样性响应研究

发布时间：2020-04-09 10:43

【摘要】：企鹅是南极最具代表性的海洋生物,也是南大洋生态系统中的高级捕食者和气候环境变化的敏感指示生物。企鹅的生存强烈依赖于特定的大气、陆地和海洋环境。本项研究选择东南极西福尔丘陵北部的长半岛作为南极无冰区的典型代表,以现代及废弃企鹅聚落周边的水系粪土沉积物和粪土沉积剖面、地表及地层中的企鹅残体(羽毛、残骨、蛋壳等)为主要研究载体;应用沉积学、古气候学、元素、同位素、有机地球化学等多学科交叉研究方法,在不同时间尺度上恢复当地全新世以来的企鹅生态历史,包括其种群数量、食物结构、聚落建立与废弃等方面的演化过程及其对多种气候要素变化的响应,发现其在多重时间尺度上呈现出多样性的变化模式和驱动机制。(1)末次冰期-全新世转换过程中的企鹅登陆利用长半岛一根含粪湖泊沉积柱,研究了当地的末次冰消历史和企鹅居住历史.通过对沉积柱的年代框架和一个粗粒碎屑层的岩性分析,确定了当地末次冰消的时间为15.6 kyr BP,早于此前人们的认识。基于地球化学元素和基岩背景值的对比,判定当地企鹅聚落在约14.6 kyr BP开始建立,其后种群数量处于长期增长趋势,到中全新世的约6740 yr BP随气候适宜期开始快速增长。这是目前东南极末次冰盛期以来最古老的企鹅活动的地质记录,其种群变化过程与区域气候变暖过程相吻合,亦与基因学研究所恢复的末次冰期以来的栖息地扩散过程相一致。结合南北极其它地区鸟类在全新世的栖息地扩张过程,提出冰期-间冰期转换过程中,适宜的无冰栖息地的出现是企鹅数量增长和活动范围大幅扩大的主控因素。(2)过去两千年企鹅与磷虾数量的百年-亚百年级震荡利用长半岛较年轻的两根湖泊粪土沉积柱,通过P/A1和碳氮稳定同位素指标,重建了一千多年来企鹅种群数量和食谱变化,并以后者推断了普里兹湾冰间湖夏季磷虾数量的变化。从百年和亚百年尺度的波动来看,企鹅数量和磷虾丰度的变化均与太阳辐射表现出一定程度上的同相变化,反映了南极生物生态在食物链上的级联效应。太阳辐射通过改变南大洋表层海水的光照有效性和光合作用强度,控制初级生产力从而影响南大洋浮游生物群落和磷虾数量,最终影响高级捕食者如企鹅的盛衰。食物有效性的变化是普里兹湾过去千年企鹅生态变化的主要驱动因素。(3)过去一千年的企鹅生态灾难与聚落废弃事件在长半岛通过地表分布的大量企鹅干尸和快速沉积的废弃聚落粪土沉积剖面的年代,发现了～750 yr BP和～200 yr BP两次年代际尺度的大规模企鹅死亡和聚落废弃事件。通过对年代学、沉积地层、地表形态等方面的分析,推断两起事件可能是由多年代际尺度的长波3模态下,增强的经向水汽输送和区域性降水增加导致的,指出在历史时期较短时间尺度的突变性气候异常可能对企鹅生态产生灾难性后果。基于该模态下的大气环流条件与现代观测到的变化趋势的相似性,警示同类事件在未来气候变化背景下可能更多地出现,对南极企鹅的生存带来新的威胁。
【图文】：

东南极冰盖

末次冰期（ＬａｓｔＧｌａｃｉａｌＰｅｒｉｏｄ＾ＬＧＰ）结gq以来，东南极大陆进入温暖的全新逡逑世气候，在冰期到间冰期的转化过程中，各地沿岸无冰区逐渐出露，为企鹅的栖逡逑息繁衍创造了有利条件（Ｍａｃｋｉｎｔｏｓｈｅｔａｌ．，２０１４；图１．１）。研宄显示冰期结束后阿逡逑德利企鹅ａＡ／ｆａｅ）从仅有的避难所逐渐向外扩张，形成了今天的栖逡逑息地分布格局（Ｙｏｕｎｇｅｒｅｔａｌ．，２０１５ａ）。随后，东南极在全新世的气候经历了一系逡逑列复杂变化，其中受到广泛关注的气候时期包括早全新世暖期、中－晚全新世暖逡逑期，新冰期等（Ｖｅｒｌｅｙｅｎｅｔａｌ．，２０１１）。与之相应地，东南极企鹅的种群动态包括逡逑数量、食谱、栖息地分布等方面随全新世气候发生了显著波动，，表现出＇多样性的逡逑响应模式和响应机制。本节将简要概述东南极在末次冰斯以来的气候变化和企崣逡逑活动的地质记录。逡逑１．１．１冰期－间冰期转换及早全新世逡逑东南极庄冰期－间冰期转换过程中时冰消记录繁多，包括冰川覆盖地区的Ｂｅ逡逑同位素测年、大陆架及海岸带冰Ｍ沉积物的Ｃ同位素测年、基于冰芯记录的冰盖逡逑厚度重建和大陆尺度的冰盖模型等，其结果亦由于研宄材料和地点的不同而呈现逡逑２逡逑

等势,分布特征,距平,模态

（Ｒａｐｈａｅｌ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１６）。最近，Ｙａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．邋（２０１８）发现小冰期增强ＡＳＬ通过影响区逡逑域改性的绕极深层水（ｍｏｄｉｆｉｅｄ邋ｃｉｒｃｕｍｐｏｌａｒ邋ｄｅｅｐ邋ｗａｔｅｒ，邋ＭＣＤＷ）上涌强度和冰间逡逑湖大小影响海洋生产力和磷虾数量，进而导致小冰期企鹅数量增多（图１．７），为逡逑研究历史时期南极企鹅生态与气候变化的关系开辟了新的方向。逡逑Ｓｏｕｔｈｅｒｎ邋Ａｎｎｕｌａｒ邋Ｍｏｄｅ邋（ＳＡＭ）逡逑Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ邋Ｐａｔｔｅｒｎｓ逡逑－３０°Ｓ逡逑ｉａｆｗ逦ｉｓｏ°ｗ逡逑＂５０逦０逦５０逦－０．３逦－０２逦－０．１逦０逦０１逦０２逦０３逡逑ＧＥＯＰＯＴＥＮＴＩＡＬ邋ＨＥＩＧＨＴ（ｍ）邋ＷＩＮＤＳＴＲＥＳＳ邋（ｄｙｎｅ邋ｃｍ２）逡逑Ｐｏｓｉｔｉｖｅ邋Ｓｏｕｔｈｅｒｎ邋Ａｎｎｕｌａｒ邋Ｍｏｄｅ邋（ＳＡＭ）邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｓｔｒｏｎｇｅｒ邋ｌｏｗｓ邋ｏｖｅｒ邋Ａｎｔａｒｃｔｉｃａ逡逑ａｎｄ邋ｓｔｒｏｎｇｅｒ邋ｈｉｇｈｓ邋ｏｖｅｒ邋ａｄｊａｃｅｎｔ邋ｏｃｅａｎ，邋ｗｈｉｃｈ邋ｒｅｓｕｌｔｓ邋ｉｎ邋ｈｉｇｈｅｒ邋ｗｉｎｄｓ．邋Ｐｏｓｉｔｉｖｅ逡逑ＳＡＭ邋ｈａｓ邋ｂｅｅｎ邋ｌｉｎｋｅｄ邋ｔｏ邋ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ邋［Ｃ０２］邋ａｎｄ邋ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ邋ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ邋ｏｚｏｎｅ．逡逑图１．５正相位ＳＡＭ标志着南极更强的低压和南大洋更强的高压
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P467;Q958

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