由星子挥发性蒸发确定的地球硫同位素签名

1. Nature geoscience揭示：由星子挥发性蒸发确定的地球硫同位素签名

Sulfur isotopic signature of Earth established by planetesimal volatile evaporation

Wenzhong Wang, Chun-Hui Li地球科学

https://www.nature.com/articles/s41561-021-00838-6

摘要

地球挥发物含量如何以及是何时确定的与几个假设的机制存在争议，包括星子蒸发、核心形成和未分化球粒状物质的晚期输送。硫等挥发性元素的同位素可以在行星的吸积和分异过程中分馏，因此是这些过程的潜在示踪剂。使用第一性原理计算，本研究检查了在核心形成和星子蒸发过程中的硫同位素分馏。在核形成条件下，在硅酸盐和金属熔体之间没有发现可测量的硫同位素分馏，这表明地球大部分硅酸盐中观测到与球粒陨石相比较轻的同位素组成不能用金属-硅酸盐分馏来解释。热力学计算表明，当存在星云H₂时，在星子蒸发过程中硫主要以H₂S的形式蒸发。观测到的地球整体硫同位素签名和丰度的再现可以通过在星云H2消散之前，大约90%的硫以H₂S的形式从熔融星子中蒸发损失来实现。相对于地球，月球的重硫同位素组成与月球形成过程中94–98%饱和条件下的硫蒸发损失一致。综上所述，在地球形成之前，熔融星子的挥发性蒸发可能在确定地球挥发性元素含量方面发挥了关键作用。

2. Nature geoscience发现：氮同位素对海洋上层营养物运输的约束

Nitrogen isotopic constraints on nutrient transport to the upper ocean

François Fripiat, Alfredo Martínez-García地球科学、环境与社会

https://www.nature.com/articles/s41561-021-00836-8

摘要

海洋环流为海洋表层提供养分，促进了全球海洋生产力。然而，水和营养物质从深海向海洋上部运输的机制和速率尚不清楚。利用硝酸盐的氮同位素组成，本研究对从南大洋表面到全球密度跃层（大约在1.2公里以上，而不是直接从深海）的营养物质运输设置了观测约束。估计密度跃层中62±5%的硝酸盐和磷酸盐来源于南大洋。混合，而不是平流，占密度跃层总养分输入的大部分。然而，按净额计算，混合带出了密度跃层的营养物质。尽管在总营养输送中，混合在数量上占主导地位，但跃层的营养丰富程度依赖于大规模的平流，营养丰富的水在平流中转化为营养贫乏的表层水，最终流向北大西洋。

3. Nature geoscience揭示：更新世期间千年气候变化的持续轨道尺度影响

Persistent orbital influence on millennial climate variability through the Pleistocene

Youbin Sun, Jerry F. McManus黄土与第四纪地质

https://www.nature.com/articles/s41561-021-00794-1

摘要

海洋、冰核和陆地记录的大量证据表明，在更新世期间，地球气候经历了轨道和千年尺度的变化。千年尺度气候变化（MCV）的幅度与过去800 kyr的轨道调谐的冰川旋回有关。在此之前，全球冰期不太明显，但更频繁，但因为缺乏对大陆和海洋记录的长期高分辨率整合，阻碍了我们对中更新世过渡前MCV演化和动力学的理解。本研究综合了北大西洋、伊比利亚半岛、巴尔干半岛（奥赫里德湖）和中国黄土高原四个百年分辨率的元素时间序列，并将其解释为MCV的代理指标。代理记录表明，MCV在过去1.5 Myr期间在北半球中纬度地区普遍存在并持续存在。研究结果表明，MCV的大小不仅受中更新世过渡后地球冰川边界条件强烈调节，而且还受到更新世期间岁差和倾角变化的持续影响。将这四个代用指标组合到新的MCV集合中，为进一步评估轨道和千年气候变化之间的动力相互作用提供了可靠参考。

4. Nature geoscience发现：晚奥陶世缺氧的垂直解耦与海洋环流的重组有关

Vertical decoupling in Late Ordovician anoxia due to reorganization of ocean circulation

Alexandre Pohl, Zunli Lu地球与行星科学

https://www.nature.com/articles/s41561-021-00843-9

摘要

地球化学氧化还原指标表明，海底缺氧发生在奥陶纪末冰期，与第二波晚奥陶世大灭绝事件一致。然而，冰川气候中缺氧的扩大与由变暖导致的中生代缺氧事件形成了鲜明对比，并提出了以下问题：海洋缺氧的因果机制及其与灭绝事件的关系。本研究首次报道了碘钙比（I/Ca）数据，数据记录表明尽管海底缺氧同时扩大，但海洋上层氧合增加。然后，通过一系列地球系统模式模拟，本研究阐明了这些明显冲突的观测结果以及它们与全球气候的关系。利用氧同位素研究估算的晚奥陶世（Hirnantian）海平面温度作为约束条件，以及所提出的I/Ca数据，确定了Hirnantian冰川条件使海底缺氧扩散和海洋上部氧化增加的情况。所模拟的全球海洋环流重组机制表明北方水域重要性降低，且深海通风和缺氧较差，这与大西洋经向翻转中的更新世状态转变有相似之处（尽管大陆形态明显不同），并表明过去的气候状态和氧化作用之间可能不存在简单可预测的关系。

5. Nature geoscience揭示：天文对气候突变的直接影响

Direct astronomical influence on abrupt climate variability

Xu Zhang, Stephen Barker高山古生态学

https://www.nature.com/articles/s41561-021-00846-6

摘要

晚更新世时期千年尺度气候变化（MCV）中的变化随数万年来背景气候状态而变化，这是缓慢变化的入射太阳辐射与地球轨道变化的间接结果。然而，目前还不确定天文强迫是否能直接刺激MCV（不改变背景状态）。本研究使用综合的全耦合气候模式证明了，在间冰期条件下，轨道驱动的日晒变化单独可以引起自发的千年尺度气候振荡。我们的结果表明，由温暖间冰段到寒冷间冰段的突变可以由岁差控制的低纬度北方夏季日晒量增加和倾角控制的高纬度年平均日晒量减少直接触发，这两种作用分别是通过调节北大西洋低纬度水文气候和高纬度海冰-海洋-大气相互作用实现的。此外，由于倾角或岁差的影响，热带北大西洋和次极地北大西洋的日晒效应不同，导致气候振荡，即使在其他稳定的气候中也是如此。通过在不同冰期-间冰期气候背景下的敏感性实验，本研究合成了一个一致的气候稳定性理论框架，阐述了地球轨道旋回对更新世千年尺度气候变化的直接和间接（双重）控制。