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轻松读懂海洋(10)海陆地质开关—印尼海道 精选

已有 3878 次阅读 2022-1-22 18:57 |系统分类:科普集锦

温盐环流从北大西洋下沉,然后一路南下,达到南大洋,向东进入印度洋和太平洋。在AABW的驱动下,温盐环流向北到达北太平洋,翻转上来,从印尼海道穿过,进入北印度洋,再绕道好望角,返回大西洋。

从这一路径可以看出,现今流过印尼海峡的水来自北太平洋,海水温度偏低,盐度偏小。相比较而言,南太平洋的海水相对温度高,盐度也大。于是,南北太平洋的水在赤道附近形成一个明显的温度锋面。

为什么现今南太平洋的水无法通过印尼海峡?

我们从地图上可以看出,温暖的南太平洋水沿着赤道一路向西,如果没有阻拦,会一直流入印度洋。可是,就在其西边的路径上,出现了一系列的岛屿。比如新几内亚、苏拉威西、印度尼西亚等等。于是,水陆不通畅。当水流沿着新几内亚北边沿岸到达哈马黑拉岛(Halmahera)(位于苏拉威西东边),海水被迫北折,成为哈马黑拉漩涡(Halmahera Eddy)的一部分,然后在转向东,汇入今天的赤道逆流。

在澳大利亚和新几内亚之间是浅浅的大陆架,这里确实联通了印度洋和太平洋,但是太平洋海水从这里流向印度洋的量很小,难以对两个大洋的海水性质产生重要影响。

正是由于哈马黑拉岛的存在,使得这一地区的洋流模式发生了重要改变。

新几内亚、苏拉威西等等是典型的俯冲岛弧。澳大利亚从南极这边脱离后,一路向北运动,在和太平洋板块直接接触前,在新几内亚地区水陆通畅,南太平洋的水可以自由地进入印度洋。在22Ma左右,澳大利亚和太平洋板块开始接触,岛弧逐渐形成,各种小岛开始出现,逐渐把这一地区的水陆变得复杂,造成这里的水道时而贯通,时而封闭,对这一地区的洋流模式和气候,甚至全球气候都造成重要影响。

我们可以想象,南太平洋的海水盐度高,温度高。当南太平洋的海水能进入印度洋时,印度洋的表层海水温度SST就会上升好几度。那时候,东非的气候适宜,降水丰富,古人猿逍遥自在地生活,这个时间是3-4Ma之前。

3-4Ma,这一地区的地质构造变得复杂,南太平洋的水无法有效地进入印度洋,显而易见,受到北太平洋冷水的影响,印度洋海水,尤其是索马里上涌区的SST会显著下降。我们确实也观察到,在这一时期,东非的气候模式发生重大变化,从雨林逐步变为干旱的稀树草原。这种印度洋SST和东非气候之间的关系持续至今,二者的相关性非常显著。所以,也可以作为将今论古的重要理论基础。

不过,这里面也有一些复杂性。南太平洋的海水不能进入印度洋,但是上空的大气可是想通的。太平洋地区的沃克环流(Walker)移动造成厄尔尼诺和南方涛动(El Nino/Southern Oscillation, ENSO)现象。ENSO异常通过大气环流影响,势必也会影响到印度洋区的大气环流,降低东非的降雨量,进而对东非生态产生影响,更进而推动人力演化。

当然,理论上,这些都有互动关系,但是实际影响及确定的贡献,还需要更多数据来加以支持。从相关性来看,很多现象都强相关,但是未必有真正的驱动关系。这也是古海洋学和古气候学研究中的复杂性所在,也是婆说婆有理,公说公有理,各自认为自己的研究区域最重要的原因所在。

印尼海道的封闭过程是一个渐进过程,从更长一点的演化时间尺度,可以把时限放宽到5-2Ma,甚至10Ma以来。这种渐进的构造演化,非常适合作为一种气候逐渐演化的机制,比如5Ma以来气候逐渐变冷的过程。

还有一个复杂性在于,在同一时期,地球上其它地方的构造影响也没闲着,比如地中海和中美洲地峡。要想完全理清楚它们各自的影响,目前看起来还有一定的难度。其中一个解决方案就是把构造演化时间再精细化,只有这样,才能细分清楚到底那是一地区的构造运动和气候事件完美匹配。目前的构造研究还达不到这样的时间精度,但是可以是一个重要的研究方向构造运动时间厘定的精确化。

由于南亚地区的阻挡作用,在这一地区和西边的印度洋地区形成了一大片的海水高温区印度洋-太平洋暖池。在这之前,太平洋东西两边的温差较小,类似于一种厄尔尼诺状态。当西太赤道区温度增加,造成了太平洋东西两边温度差加大,于是,从类似于厄尔尼诺状态转变成了今天的模式。太平洋东西两边的气候震荡模式也开始加强。数据表明,大概在10Ma的时候,就开始出现初期暖池的迹象。但是,真正形成如今规模的暖池,则需要等到印尼海道充分关闭(~4Ma)。

研究暖池的影响,最有效的方法之一就是冷水种或者深水种的有孔虫,以及Mg/Ga比值(和温度邮箱)。这个道理并不复杂。当暖池发育时,这一地区温度增加,温跃层变厚,反之亦然。我们可以找到恰当的种属,和温跃层变化相关。当温跃层变迁时,和温跃层相关的深水种属就会在原来的浅水区生长,使得原来的潜水种变少。当温跃层增加时,又会把这些深水种赶回深水区,那么浅水种的含量自然就会增加。所以深水种的含量就和温跃层厚度相关,进而和这一地区的暖池发育相关。具体而言,深水种含量减少,温跃层变深,暖池增加。

当然,从一级模型来看,这个机制很有道理。根据实测结果,也确实发现在西太赤道地区,10-8Ma就已经出现暖池,在8-4Ma,暖池变弱,在4Ma以来,暖池又增强。这种长尺度的暖期发育,肯定和印尼海道的复杂发育有关。当然,全球气候变化肯定也起到了重要影响,在解释短尺度深水种含量的变化时,不能犯教条主义的错误。

由于3.5Ma之后,北太平洋的冷水入侵,印度洋东部地区的中层水盐度降低,温度降温跃层变浅。我们可以把时间更聚焦到3.5-2.95Ma,这一时期,在东印度洋,我们会发现其中层水可以降温4度,比浅层水变化显著。东印度洋冷的中层水向西运动,在索马里地区翻转上来,从而进一步降低了这一地区的浅层水,对东非气候产生影响。

通过上面的叙述可知,东非的气候演化居然南亚地区的构造密切相关。人类的演化并不是非洲自己决定的,而是全球构造和气候,牵一发而动全身的结果。

研究印度洋与太平洋海水的交换,Nd同位素当然也不逞相让。对于印度尼西亚溢出流来说,eNd偏高,约等于-4。而对于南大洋来源的水则偏负(~-8)。印度洋深层水大约是-6.1。我们可以在东印度洋,印尼贯穿流影响的地区找一个钻孔,看其eNd值如何变化。只要北太平洋的水控制印尼贯穿流,eNd值就会增加。我们可以预测,在10Ma左右,eNd的值会增加,这和同一时期暖池开始发育,西太赤道地区温跃层增加非常自洽。

除了对东非的影响,印尼海道的演化和西太赤道暖池的发展,肯定会对南亚的季风系统产生重要影响。暖池增强,可以提供更多的动力,驱动南亚季风的发育。这一影响包括对南亚和澳大利亚。




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