DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2502076123
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41628328
تاريخ النشر: 2026-02-02
المؤلف: François Fripiat وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الجيولوجيا وعلم المناخ القديم
طرق
في هذه الدراسة، تم جمع عمود الرواسب PS69/899-2 من القطاع الهندي من المحيط الجنوبي خلال بعثة R.V. Polarstern في عام 2007. يبلغ طول العمود 22.63 مترًا، ويتكون من طبقات متناوبة من طين الدياتوم، وطين الدياتوم، وطين يحتوي على الدياتوم، ويقع على الحافة الجنوبية الشرقية لهضبة كيرغولين. تم الحصول أيضًا على عمود تحفيزي (PS69/899-2TC) يتكون من 0.30 متر من طين الدياتوم. تم إجراء قياسات نظائر النيتروجين المرتبطة بالدياتوم ($\delta^{15}N$) على عينات الدياتوم المنظفة، التي خضعت لعملية فصل فيزيائية وكيميائية صارمة لضمان النقاء. استخدمت التحليلات النظيرية طريقة “البرسلفات-النيترافيير”، مع قياسات مرجعية ضد المعايير الدولية، محققة تكرارية متوسطة قدرها 0.08‰.
بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم تركيزات العناصر الرسوبية من الباريوم (Ba) والحديد (Fe) والتيتانيوم (Ti) باستخدام مسح الفلورسنس بالأشعة السينية، مما كشف عن علاقات تشير إلى المساهمات البيوجينية والترابية في الرواسب. استخدمت الدراسة أيضًا مقياس حرارة TEX86 لتقدير درجات حرارة سطح البحر (SST) بناءً على وفرة الدهون الرباعية الجليسرول (GDGTs). تم إجراء تحليلات بالومغناطيسية لتحديد المغنطة الطبيعية المتبقية (NRM) والشدة النسبية للمجال المغناطيسي للأرض خلال ترسيب الرواسب. تم إتاحة جميع البيانات، بما في ذلك نظائر النيتروجين، وتكوين أنواع الدياتوم، والسجلات البالومغناطيسية، للجمهور في قاعدة بيانات PANGAEA.
نقاش
تستكشف قسم النقاش في ورقة البحث التفاعلات المعقدة بين الارتفاع المدفوع بالرياح وتدفقات الطفو السطحية في المحيط الجنوبي، خاصة خلال آخر عمليتين ذوبان جليديتين. تكشف الدراسة أن مياه الذوبان من الغطاء الجليدي الأنتاركتيكي (AIS) أدت إلى تمايز مؤقت في الجزء العلوي من المحيط، والذي لعب دورًا حاسمًا في الزيادة المبكرة لتركيزات CO₂ الجوية وسلوك “الميزان” المناخي بين نصفي الكرة الأرضية. تشير النتائج إلى أن زيادة إدخال المياه العذبة، جنبًا إلى جنب مع ارتفاع أقوى مدفوع بالرياح، أعادت توجيه المياه المرتفعة بعيدًا عن تشكيل المياه العميقة، مما أدى إلى تعميق الطبقة الانتقالية العالمية وربما إعادة بدء تشكيل المياه العميقة في شمال المحيط الأطلسي خلال فترة بولينغ-أليرود.
تستخدم الدراسة نظائر النيتروجين المرتبطة بالدياتوم (δ¹⁵N) من أعمدة الرواسب لتقييم التغيرات في ديناميات المغذيات وظروف الجزء العلوي من المحيط. تشير النتائج إلى أن القيم الأعلى من δ¹⁵N خلال الفترات الجليدية تتوافق مع زيادة استهلاك النترات، مما يعكس انخفاض إمدادات المغذيات بسبب ضعف الارتفاع المدفوع بالرياح. كما تبرز الدراسة دور الطفو في تغيير دوران المحيط الجنوبي، مع آثار على تهوية المحيط العميق وديناميات CO₂ الجوية. يُفسر الارتفاع المؤقت في δ¹⁵N خلال عمليات الذوبان الجليدي على أنه استجابة لتصريف مياه الذوبان من AIS، مما عزز تمايز الجزء العلوي من المحيط وقلل من قوة الخلية الدوارة السفلية، وبالتالي يؤثر على أنماط المناخ العالمية من خلال آلية تفاعل ثنائية القطب.
DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2502076123
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41628328
Publication Date: 2026-02-02
Author(s): François Fripiat et al.
Primary Topic: Geology and Paleoclimatology Research
Methods
In this study, sediment core PS69/899-2 was collected from the Indian sector of the Southern Ocean during the R.V. Polarstern expedition in 2007. The core, measuring 22.63 m, comprises alternating layers of diatom ooze, diatom mud, and diatom-bearing mud, situated on the Kerguelen Plateau’s southeast margin. A trigger core (PS69/899-2TC) was also obtained, consisting of 0.30 m of diatom ooze. Diatom-bound nitrogen isotope measurements ($\delta^{15}N$) were performed on cleaned diatom samples, which underwent a rigorous physical and chemical separation process to ensure purity. The isotopic analysis utilized the “persulfate-denitrifier” method, with measurements referenced against international standards, achieving a median reproducibility of 0.08‰.
Additionally, sedimentary elemental concentrations of barium (Ba), iron (Fe), and titanium (Ti) were assessed using X-ray fluorescence scanning, revealing correlations indicative of biogenic and terrigenous contributions to the sediment. The study also employed the TEX86 paleothermometer to estimate sea surface temperatures (SST) based on the abundance of glycerol dibiphytanyl glycerol tetraether lipids (GDGTs). Paleomagnetic analyses were conducted to determine natural remanent magnetization (NRM) and relative paleointensity (RPI) of the Earth’s magnetic field during sediment deposition. All data, including nitrogen isotopes, diatom species composition, and paleomagnetic records, have been made publicly available in the PANGAEA database.
Discussion
The discussion section of the research paper explores the complex interactions between wind-driven upwelling and surface buoyancy fluxes in the Southern Ocean, particularly during the last two deglaciations. The study reveals that meltwater from the Antarctic Ice Sheet (AIS) led to temporary stratification of the upper ocean, which played a critical role in the early rise of atmospheric CO₂ concentrations and the climatic “seesaw” behavior between hemispheres. The findings suggest that increased freshwater input, combined with stronger wind-driven upwelling, redirected upwelled water away from deep water formation, thereby deepening the global pycnocline and potentially restarting North Atlantic deep water formation during the Bølling-Allerød period.
The research employs diatom-bound nitrogen isotopes (δ¹⁵N) from sediment cores to assess changes in nutrient dynamics and upper ocean conditions. Results indicate that higher δ¹⁵N values during glacial intervals correspond to increased nitrate consumption, reflecting reduced nutrient supply due to weakened wind-driven upwelling. The study also highlights the role of buoyancy in altering the Southern Ocean’s overturning circulation, with implications for deep ocean ventilation and atmospheric CO₂ dynamics. The transient rise in δ¹⁵N during deglaciations is interpreted as a response to AIS meltwater discharge, which enhanced upper ocean stratification and reduced the strength of the lower overturning cell, thereby influencing global climate patterns through a bipolar interaction mechanism.