Endapan debu akhir glasial yang tinggi terkait dengan pergeseran angin barat di selatan selatan Amerika | laporan ilmiah

Endapan debu akhir glasial yang tinggi terkait dengan pergeseran angin barat di selatan selatan Amerika | laporan ilmiah

Anonim

Subjek

  • Geokimia
  • Palaeoclimate

Abstrak

Pemuatan debu atmosfer memainkan peran penting dalam sistem iklim global. Amerika Selatan bagian selatan adalah sumber debu utama, namun, tingkat endapan debu tetap buruk dihitung sejak penghentian glasial terakhir (~ 17 kyr lalu), kerangka waktu yang penting untuk mengantisipasi perubahan iklim di masa depan. Di sini kami menggunakan isotop dan elemen geokimia dalam arsip gambut dari Tierra del Fuego, untuk merekonstruksi fluks debu atmosfer dan perubahan angin lingkungan dan angin barat terkait selama 16, 2 kyr terakhir. Endapan debu meningkat selama Antartika Pembalikan Dingin (ACR) dan paruh kedua dari stadial Younger Dryas (YD), yang berasal dari lembah Beagle Channel glasial. Peningkatan ini kemungkinan besar terkait dengan penguatan daerah barat selama kedua periode karena daerah sumber debu sudah tersedia sebelum permulaan puncak debu dan tetap ada di seluruh. Sejalan dengan kemajuan gletser di Patagonia, catatan debu ini menunjukkan penguatan keseluruhan sabuk angin selama ACR. Di sisi lain, kami berpendapat bahwa puncak debu YD terkait dengan angin barat yang kuat dan bergeser. Interaksi erat antara fluks debu dan perubahan iklim menunjukkan bahwa sirkulasi atmosfer sangat penting dalam menghasilkan dan mempertahankan kondisi interglasial saat ini.

pengantar

Waktu dan sifat perubahan paleoklimatik di Amerika Selatan selatan sejak glasial terakhir masih menjadi bahan perdebatan. Masalah utama adalah rekonstruksi perubahan intensitas dan posisi latitud dari sabuk angin barat selatan (SWW) ketika ia melakukan kontrol penting pada belahan bumi selatan dan iklim global 1 . Pollen fosil, catatan makrofosil, fluktuasi gletser, adalah di antara beberapa proksi yang digunakan untuk rekonstruksi ini 2, 3, 4 . Sebagian besar indikator ini, bagaimanapun, ditafsirkan sebagai proxy untuk curah hujan tetapi pada kenyataannya juga dipengaruhi oleh suhu 1, 4 . Selanjutnya mereka didasarkan pada korelasi kekuatan presipitasi-SWW saat ini, hubungan yang tidak langsung dan mungkin berbeda di masa lalu 5 . Di sisi lain, pengendapan debu adalah fungsi dari ketersediaan dan pengangkutan partikel 6 . Yang pertama tergantung pada vegetasi, es dan salju, sementara kecepatan angin dan kecepatan angin adalah pendorong utama emisi debu 7 . Oleh karena itu, bersama dengan data yang tersedia tentang paleovegetasi dan lapisan es di Patagonia 1, catatan paleodust berpotensi memberikan informasi unik tentang kekuatan angin dan perubahan pola. Patagonia adalah penyedia debu penting ke barat daya Samudra Atlantik dan Semenanjung Antartika, khususnya selama periode gletser 8, 9 . Sejak Maksimum Glasial Terakhir (19-23 kyr lalu 10 ), bagaimanapun, tingkat akumulasi debu turun secara signifikan di inti es Antartika 11, sesuai dengan retret gletser yang signifikan di Patagonia 12 . Dengan demikian, penurunan debu ini telah dikaitkan dengan pembentukan danau proglacial akibat pencairan gletser, menjebak sedimen yang jika tidak diendapkan di dataran pencucian, rentan terhadap mobilisasi 12 . Sampai saat ini, hipotesis ini tidak dapat diverifikasi karena kurangnya catatan paleodust dari Patagonia.

Hasil

Untuk menyelidiki dustiness Tierra del Fuego selama akhir glasial - Holocene, kami mencicipi lumpur ombrotrofik (disebut Harberton bog; 54, 9 ° S, 67, 2 ° W) yang terletak di pantai selatan Isla Grande de Tierra del Fuego di sepanjang Beagle Channel (Gbr. 1). Miras ombrotrofik mengambil bahan anorganik hanya melalui pengendapan atmosfer dan karenanya merupakan pencatat yang sangat baik dari kandungan debu atmosfer 13 . Selain itu, mires berlimpah di Patagonia barat daya 14 karena curah hujan tahunan yang tinggi, menunjukkan tingkat akumulasi yang tinggi dan dengan demikian arsip dengan kronologi resolusi tinggi yang berpotensi. Basis inti bertanggal 16, 2 ± 0, 2 kal BP BP (Tambahan Tabel S1), menunjukkan perkiraan waktu inisiasi lahan gambut. Ini sedikit lebih muda dari usia basal sebelumnya yang dilaporkan untuk lumpur ini (17, 8 kal kyr BP 15 ), yang terakhir menunjukkan bahwa Harberton sudah bebas es oleh ~ 17, 8 kal kyr BP sebagai hasil deglaciation.

Image

a, Belahan Bumi Selatan berarti kekuatan angin zona bulanan (m s − 1 ) pada 850 hPa berdasarkan data analisis ulang NCEP / NCAR 56, yang menunjukkan lokasi saat ini dari sabuk angin barat selatan. b, peta Topografi Patagonia (Amerika Selatan) dan lokasi rawa Harberton dan catatan paleoklimatik yang dibahas dalam teks. NPI dan SPI, masing-masing Ladang Es Patagonia Utara dan Selatan. c, peta Topografi Kanal Beagle dan lokasi catatan paleoklimatik yang dibahas dalam teks dan rawa-rawa di mana usia basal telah diukur (cal yr BP) 14, menunjukkan waktu inisiasi gambut. Punta Moat adalah terminal moral dari Glaciation Terakhir 15 . Peta topografi dibuat di Surfer® 8 menggunakan data topografi kisi xyz yang diekstraksi dari basis data global SRTM30_PLUS V10 57 .

Gambar ukuran penuh

Total tingkat akumulasi debu yang ditunjukkan pada Gambar. 2a berasal dari catatan kedalaman konsentrasi unsur, khususnya dari unsur tanah jarang (REE) yang diukur dalam sampel gambut curah pada resolusi ca. 100 tahun REE dianggap konservatif, tidak larut, dan banyak terdapat pada batuan kerak, oleh karena itu REE dapat digunakan sebagai indikator kuantitatif variasi alami dalam input bahan mineral untuk rawa. Catatan Harberton menunjukkan tiga periode peningkatan yang signifikan dalam pengendapan debu atmosferik (ADD) sejak akhir glasial: (1) dari 14, 8 menjadi 12, 2 kal kyr BP, (2) dari 12, 1 hingga 11, 6 kal kyr BP dan (3) dari 7, 8 hingga 7.7 kal kyr BP (Gbr. 2a).

Image

a, Laju akumulasi debu (g m − 2 tahun − 1 ) dan komposisi isotop neodymium (ε Nd ) dari fraksi anorganik sampel gambut di rawa Harberton (54, 9 ° S, 67, 2 ° W; penelitian ini). konsentrasi b, Sm (ug g -1 ) dan K (%) dalam sampel gambut curah dari Harberton rawa (penelitian ini). c, Diperkirakan kurva permukaan laut eustatik dan pengangkatan tektonik lokal (m) dari daerah Beagle Channel 19 . catatan d, e, Nothofagus dan Poaceae pollen (%) dari Harberton 58, Paso Garibaldi 4 dan Puerto Hambre 20 rawa (Tierra del Fuego dan Patagonia Selatan). ACR = Pembalikan Dingin Antartika; YD = Youngas Dryas.

Gambar ukuran penuh

Selain debu mineral, lapisan tephra ada di mana-mana dalam kabel paleorec dari Patagonia 16 . Sebagai akibatnya, untuk mengekstraksi sinyal pengendapan debu mineral atmosfer terkait dengan iklim, kami menerapkan analisis komponen utama pada komposisi geokimia bagian tertua dari catatan (7, 1 hingga 16, 2 kal kyr BP), di mana puncak debu terjadi. Dua komponen utama menjelaskan 91% dari varian, yang dapat ditunjuk untuk debu mineral (komponen utama 1, PC1) dan abu vulkanik (komponen utama 2, PC2). Karena 95% varians dalam Sm disebabkan oleh PC1 dan 93% pada K to PC2 (lihat Informasi Tambahan Gambar. S2), Sm dan K disajikan di sini sebagai elemen referensi (yaitu proksi yang konsisten) untuk masing-masing debu mineral (PC1) dan abu vulkanik (PC2). Dari profil K dan Sm (Gambar 2b), jelas bahwa dua puncak debu tertua (pada 14, 8-12, 2 dan 12, 1-11, 6 kal kyr BP) tidak terkait dengan aktivitas vulkanik dan oleh karena itu dapat diartikan dalam istilah paleoklimat dan lingkungan. perubahan.

Untuk melacak lebih lanjut asal debu atmosfer, kami menentukan komposisi isotop neodymium dari sejumlah sampel gambut melintasi interval dengan peningkatan ADD (Gambar 2a dan Tabel 1). Nilai Epsilon Nd dipusatkan pada ca. –3, 3 ± 0, 2 (mulai dari -3, 0 ± 0, 2 hingga -3, 9 ± 0, 1) dengan pengecualian dua sampel pada 7, 8 dan 8 kr kyr BP, yang memiliki nilai epsilon Nd positif masing-masing 2, 6 ± 0, 1 dan 1, 2 ± 0, 2. Yang pertama dikaitkan dengan lapisan tephra dari gunung berapi Hudson bertanggal pada 7, 7 ± 0, 3 kr kyr BP, yang mana nilai epsilon Nd 2, 8 telah diidentifikasi dalam penelitian sebelumnya 17 . Sampel pada 8 cal kyr BP dengan nilai epsilon Nd 1, 2 ± 0, 2 dapat mewakili campuran bahan tephra dan debu atmosfer.

Tabel ukuran penuh

Diskusi

Fluktuasi gletser telah disarankan sebagai proses penghasil debu yang penting di Patagonia Selatan 12 . Area Harberton adalah lapangan drumlin lokal yang dihasilkan oleh gletser outlet tutup es Darwin Cordillera 14, 18 . Gletser ini menutupi Selat Beagle dan sekitarnya selama Maksimum Glasial Terakhir, mencapai sejauh timur seperti Punta Moat 15 (Gbr. 1c). Dengan timbulnya degradasi, gletser mundur ke arah barat (Gbr. 1c), memungkinkan pengembangan lingkungan terestrial dan lakustrin di lembah bebas-es hingga ca. 11 k kyr BP, ketika Saluran Beagle dibanjiri oleh laut (Gbr. 2c) 19 . Dengan demikian, untuk rentang waktu puncak debu mineral dalam catatan Harberton, Beagle Channel adalah sumber debu potensial. Selain itu tanda tangan isotop Nd dari moraine terminal deglaciation terakhir di Punta Moat, −3.0 ± 0, 1, sangat mirip dengan nilai epsilon Nd yang diukur dalam sampel gambut, −3, 3 ± 0, 2 (Gambar 2a), yang secara signifikan lebih negatif daripada nilai epsilon Nd dari sumber debu Patagonian lain yang diketahui (bervariasi dari .62, 6 hingga 0, 8 17 ). Sebagai konsekuensinya, kami menyarankan bahwa Beagle Channel yang bebas es adalah sumber utama debu mineral untuk pantai selatan Tierra del Fuego selama akhir glasial.

Meskipun Saluran Beagle menjadi semakin bebas-es di barat Harberton sejak ~ 17, 8 kal kyr BP 19, kami merekam dua episode terpisah dari peningkatan ADD, yang tertua dimulai sejak 14, 8 kal kyr BP. Selain itu, tutupan vegetasi regional didominasi oleh padang rumput dan lahan panas antara ~ 17 dan 11 kal kyr BP (Gbr. 2d, e), komunitas tanaman yang tumbuh subur dalam cuaca dingin (yaitu lebih dingin dari sekarang) dan lingkungan kering 4, 20 . Oleh karena itu, terlepas dari ketersediaan sumber dan kondisi untuk pengangkutan debu (es yang rendah dan tutupan vegetasi, iklim gersang) sejak awal pembentukan lumpur (yaitu pada 16, 2 kal tahun BP), pengendapan debu hanya meningkat secara signifikan, ca. 1, 4 kyr nanti (yaitu pada 14, 8 kkal k BP). Ini menunjukkan perubahan dalam kondisi iklim 14, 8 kyr yang lalu, mendukung mobilisasi debu. Kerangka waktu puncak debu pertama bertepatan dengan Pembalikan Dingin Antartika (~ 14.1-12.8 k kyr BP; Gbr. 2b), peristiwa iklim yang diketahui dari inti es Antartika sebagai periode dingin 21 . Meskipun ACR dinyatakan dalam kemajuan gletser-gletser outlet dan alpine di masing-masing Patagonia Selatan (51-52 ° S) 22 dan Fuegian Andes (54-55 ° S) 23, tidak ada laporan tentang kemajuan kembali gletser di Beagle. Saluran 14 . Di sisi lain, danau proglacial menempati area yang lebih dalam dari cekungan 19 . Dengan demikian, kumpulan data ini menunjukkan bahwa meskipun ada danau proglacial, Beagle Channel masih berfungsi sebagai sumber debu penting untuk wilayah tersebut. Pengambilan sampel tambahan mungkin diperlukan untuk menentukan dampaknya, dan dampak dari lembah glasial lainnya di Patagonia, pada lingkungan pada jarak yang lebih jauh dan pada akhirnya pada siklus debu global.

Setelah episode singkat dari penurunan debu rendah, puncak debu kedua dicatat dari ~ 12, 1 hingga 11, 6 kal kyr BP, bertepatan dengan paruh kedua Younger Dryas (~ 12, 9-11, 7 kal kyr BP 24, Gbr. 2b). Sementara YD adalah periode dingin dan kering di Belahan Bumi Utara dengan beban debu atmosfer tinggi 13, masih ada banyak perdebatan tentang keberadaannya dan sifat iklim di Belahan Bumi Selatan. Secara keseluruhan, gletser outlet dari Lapangan Es Patagonian Selatan berkurang ukurannya selama YD 25, 26 . Sekuens serbuk sari dari Harberton dan rawa tetangga menunjuk ke lingkungan stepa / tundra yang lebih dingin dan lebih kering. Catatan debu intermiten Harberton berbeda dengan tutupan vegetasi regional rendah terus menerus dan pemaparan sedimen endapan glasiogenik dan glasial di lembah Beagle Channel bebas es selama akhir glasial. Karenanya, pengangkutan debu mungkin tidak dibatasi oleh ketersediaan daerah sumber debu, yang menunjukkan bahwa kapasitas pengangkutan aeolian, yaitu kemampuan angin untuk mengangkut sedimen 27, meningkat. Ini menunjukkan bahwa angin barat, yang mengendalikan iklim di Patagonia / Tierra del Fuego 28, meningkat selama kedua periode. Karena Harberton rawa terletak di sisi kiri Andes itu menjadi sasaran angin Foehn. Angin yang mengeringkan lereng ini lebih kuat di mana angin barat yang kuat melintasi Andes karena itu, mengimbangi curah hujan barat yang datang melalui Pasifik Selatan 29 . Oleh karena itu, peningkatan ADD yang diamati di Harberton paling baik dijelaskan oleh angin barat yang lebih kuat pada waktu-waktu tersebut.

Selain catatan Harberton, sejumlah catatan paleoproksi membuktikan aliran zonal yang meningkat selama ACR di Patagonia utara (41 ° S) dan barat daya (50-55 ° S), yang menunjukkan penguatan keseluruhan dari garis-garis pantai 2.222 . Sebaliknya, hingga saat ini, data tentang perubahan garis lintang dan variasi intensitas angin barat yang terkait dengan peristiwa iklim YD jarang terjadi di Patagonia dan Tierra del Fuego 2, 30 . Oleh karena itu, catatan debu Harberton memiliki nilai tambah karena menunjukkan bahwa Westminster hadir dan kuat di Tierra del Fuego selama paruh kedua YD Belahan Bumi Utara. Ini sesuai dengan catatan isotop oksigen dari Laguna Potrok Aike (52 ° S; Gbr. 3b): nilai isotop oksigen rendah menunjukkan tingkat danau yang rendah dari 12.1 hingga 11.8 kal kyr BP karena peningkatan penguapan yang disebabkan oleh angin barat yang kuat 30 . Tidak adanya pengamatan serupa lebih jauh ke utara di Patagonia, baik menunjukkan bahwa garis lintang, ~ 52 ° S, mewakili batas utara sabuk angin dan / atau kurangnya proksi angin yang tepat. Untuk ACR, kemajuan gletser di Cordeanera Andean terkait dengan peningkatan curah hujan karena angin barat yang lebih kuat 22 . Sejalan dengan itu, permulaan mundur glasial di Patagonian Ice Field (46 ° -51 ° S) sejak penghentian ACR sampai Neoglacial 31, 32, dapat diartikan sebagai melemahnya angin barat selama YD, dengan asumsi curah hujan adalah pendorong utama fluktuasi gletser 33 .

Image

a, Laju akumulasi debu (g m − 2 tahun − 1 ) di rawa Harberton (54, 9 ° S, 67, 2 ° W; studi ini). b, komposisi isotop oksigen air danau paleo yang terkoreksi (δ 18 O koreksi danau ; ‰) dari Laguna Potrok Aike (52 ° S) 30 . c, speleothem δ 18 nilai O (VPDB ‰) dari Gua Boutuverá (Brasil Selatan, 27 ° S) 36 dan catatan pantulan sedimen (L *) dari Cekungan Cariaco (11 ° N) 35, proksi untuk curah hujan dan karenanya posisi zona konvergensi intertropis (ITCZ). d, Opal fluks (g cm −2 kyr −1 ) dari inti sedimen laut di Atlantik Selatan, proksi untuk upwelling Samudra Selatan 34 dan konsentrasi CO 2 atmosfer (ppmv) dari EDC pada skala waktu EDC3 59 . e, EDC valuesD nilai (‰) 19 pada skala waktu EDC3, sebagai proksi data fluks suhu dan debu (mg m − 2 tahun −1 ) 11 . f, δ 18 nilai O (‰ SMOW) dari NGRIP 24 . ACR = Pembalikan Dingin Antartika; YD = Youngas Dryas.

Gambar ukuran penuh

Berdasarkan data yang diberikan ini, kami berhipotesis bahwa selama YD sabuk angin kemungkinan besar bergeser ke selatan menuju Antartika atau dikontrak. Pemindahan ke selatan sejalan dengan temuan sebelumnya. Asimetri suhu antara Belahan Bumi Utara dan Selatan selama YD diyakini telah mendorong zona konvergensi intertropis atmosfer (ITCZ) ke arah khatulistiwa, mendorong angin barat ke selatan menuju Antartika 34 . Perpindahan ITCZ ​​telah disimpulkan oleh terjadinya sedimen homogen berwarna terang di Cariaco Basin (10 ° N, Gbr. 3c) 35 dan nilai speleothem rendah δ 18 O yang diukur di gua Botuverá di Brasil selatan (27 ° S, Gambar 3c) 36, dihasilkan selama periode pengurangan dan peningkatan curah hujan masing-masing, yaitu ketika ITCZ ​​bergeser ke selatan. Catatan fluks opal dari Samudra Selatan menunjukkan peningkatan upwelling yang didorong oleh angin barat selama YD (Gbr. 3d), menjelaskan kenaikan konsentrasi karbon dioksida atmosfer di inti es Antartika (Gbr. 3d) 34 . Oleh karena itu, ketika kami mengamati sinyal iklim dalam catatan debu Harberton yang sesuai dengan paruh kedua belahan bumi utara YD, dataset ini mendukung pandangan tentang mekanisme atmosfer 37 selain efek jungkat-jungkit bipolar untuk menjelaskan perilaku berlawanan antara belahan-belahan selama YD . Episode ADD pendek dan rendah antara puncak debu ACR dan YD mungkin menunjukkan waktu reorganisasi sirkulasi atmosfer. Hipotesis ini harus diuji di masa depan.

Terlepas dari ketersediaan debu dalam jumlah yang signifikan, hingga 120 g m − 2 tahun −1, di Tierra del Fuego selama ACR dan YD, mayoritas tidak mencapai Antartika. Selain itu, selain lonjakan pada 12, 9 kal kyr BP dalam catatan debu Antartika (Gbr. 3e), yang terakhir berbeda secara signifikan dari catatan Harberton (khususnya dari 16, 2 hingga ~ 14, 6 kal kyr BP). Apakah ini menyiratkan bahwa Tierra del Fuego, meskipun lokasinya dekat, bukan sumber debu yang penting untuk Antartika saat ini? Catatan debu kami sesuai dengan pengamatan sebelumnya, yang menunjukkan bahwa Australia dan Antartika telah menjadi lebih penting dibandingkan dengan sumber-sumber Amerika Selatan selatan sejak 15 kyr, sebagai akibat dari reorganisasi sirkulasi atmosfer 38, 39, 40, 41 .

Hasil kami mengisi celah geografis yang penting dalam catatan debu global saat ini. Selain itu, kumpulan data ini menunjukkan sensitivitas besar siklus debu terhadap peristiwa iklim yang relatif singkat (dibandingkan dengan transisi glasial-interglasial), yang paling berharga untuk memahami dan memodelkan dinamika debu.

Metode

Lokasi

Rawa Harberton (54, 9 ° S, 67, 2 ° W, 31 m dpl) adalah salah satu dari banyak keajaiban yang terletak di pantai selatan Isla Grande de Tierra del Fuego, di sepanjang Beagle Channel. Curah hujan tahunan rata-rata adalah sekitar 600 mm tahun -1 dan rata-rata suhu tahunan adalah 6 ° C. Permukaan rawa didominasi oleh Sphagnum magellanicum dengan penutup Marsippospermum grandiflorum dan Empetrum rubrum yang jarang. Lansekap saat ini di wilayah ini terutama dibentuk oleh gletser outlet dari lapisan es Pleistocene Darwin Cordillera Atas: gletser Beagle dan gletser Danau Fagnano selain gletser alpine dari Andes Fuegian. Setelah degradasi, lahan gambut berkembang di danau-danau kecil dan kolam-kolam di ladang-ladang drumlin lokal, seperti daerah Harberton 15, 42, lembah-lembah bercokol dan di antara morain 14 .

Koleksi sampel

Core gambut diambil dari Harberton bog pada tahun 2012 dengan menggunakan stainless steel Wardenaar corer 43 untuk meteran teratas, diikuti oleh stainless steel Rusia corer (panjang 50 cm; diameter internal 10 cm) untuk sisa core. Inti yang tumpang tindih kedua diambil jika yang awal akan menunjukkan tanda-tanda gangguan yang disebabkan oleh coring. Inti ini, bagaimanapun, tidak dianalisis karena kami tidak mendeteksi adanya gangguan pada inti master. Semua core difoto, dideskripsikan dan dikemas dalam film plastik dan tabung PVC untuk disimpan dalam kotak kayu untuk pengiriman ke Prancis. Di EcoLab, inti dibekukan pada suhu -20 ° C, dibongkar dan diiris pada resolusi 1 cm menggunakan gergaji pita stainless steel. Selanjutnya, setiap irisan dibersihkan dengan air MQ, ujung-ujungnya dilepas dan disampel untuk analisis lebih lanjut. Ketebalan masing-masing irisan diukur menggunakan vernier caliper, untuk menghitung hilangnya bahan karena setiap potongan. Kehilangan rata-rata 2 mm per potong dihitung (= [total panjang inti (1050 cm) - tebal sampel kumulatif (891 cm)] / Nr sampel (739)) dan dicatat ketika menghitung ulang kedalaman titik tengah setiap sampel . Semua sampel disimpan pada suhu -20 ° C. Satu sampel sampai dikumpulkan pada tahun 2005 dari terminal moraine gletser Beagle Channel di Punta Moat, di tebing yang terbentuk karena pelanggaran laut dan di bagian urutan sedimen pedo (85-90 cm) di mana tidak ada transformasi pedogenetik yang jelas. Sebelum pengambilan sampel, 10 cm permukaan luar sedimen dipindahkan untuk menghindari kontaminasi atau modifikasi oleh bahan / proses ini. Informasi terperinci tentang analisis geokimia dan radiokarbon serta model umur diberikan dalam Informasi Tambahan.

Pengukuran radiokarbon dan model umur

Sepuluh sampel tanaman makrofosil dipilih untuk analisis radiokarbon berikut protokol yang ditetapkan 44 . Semua sampel disiapkan di pusat GADAM (Gliwice, Polandia) di mana masing-masing sampel dicuci menggunakan protokol ekstraksi asam-alkali-asam (untuk menghilangkan karbonat, CO 2 bakteri dan asam humat / fulvat), dikeringkan, dibakar, dan digrafidisasi 45 . Konsentrasi radiokarbon diukur dan usia 14 C dihitung 46 di Laboratorium Radiocarbon Rafter (Lower Hutt, Selandia Baru) dan di Laboratorium DirectAMS (Bothell, AS). Rincian bahan tanggal dan hasilnya diberikan dalam Tabel Tambahan S1. Model kedalaman umur diperoleh dengan menggunakan program Clam 47, yang meliputi kalibrasi tanggal 14 C dari sampel gambut dan lapisan tephra dari gunung berapi Hudson (tanggal 6850 ± 160 14 C tahun BP 16 pada kedalaman 682, 6 cm) menggunakan Kurva kalibrasi SHCal13 48 . Yang paling cocok diperoleh menggunakan spline halus (Gambar Tambahan. S1). Berdasarkan 10.000 iterasi, usia minimum dan maksimum untuk interval kepercayaan 2 sigma ditentukan untuk setiap sampel. Usia kemungkinan maksimum diperkirakan berdasarkan rata-rata tertimbang dari semua kurva kedalaman usia yang dihasilkan (Tabel Tambahan S2, file excel).

Penentuan konsentrasi elemen utama dan jejak

Sebanyak 205 sampel gambut curah (dengan resolusi ~ 5 cm) diproses untuk elemen geokimia. Pertama, masing-masing sampel dibekukan dan dikeringkan menggunakan mortar batu akik. Selanjutnya, 100 mg dari masing-masing sampel dicerna asam dalam gelas Teflon. Prosedur pencernaan berikut diterapkan pada masing-masing sampel 49 : (1) campuran 0, 5 ml HF dan 2 ml 16 M HNO 3 ditambahkan dan dibiarkan di atas kompor pada 110 ° C selama 2 hari; (2) 1 ml H 2 0 2 ditambahkan untuk bereaksi selama 6 jam pada suhu kamar; (3) 2 ml 16 M HNO 3 ditambahkan dan dibiarkan pada suhu 90 ° C selama 2 hari untuk menyelesaikan pencernaan. Setelah setiap langkah, sampel diuapkan sampai kering. Akhirnya, sampel dilarutkan dalam 2 ml HNO 3 35%, dipindahkan ke tabung polypropylene 15 ml (Falcon®), dan selanjutnya diencerkan dengan air Milli-Q hingga 14 ml. Konsentrasi unsur-unsur utama (yaitu aluminium, titanium, magnesium, dan kalium) ditentukan dengan spektroskopi emisi optik plasma ditambah secara induktif (ICP-OES; IRIS Intrepid II). Unsur-unsur jejak (strontium, galium, rubidium, zirkon, sesium, skandium, timbal, thorium, uranium, hafnium, unsur-unsur tanah jarang) ditentukan oleh quadrupole yang ditambah secara induktif spektrometri massa plasma plasma (ICP-MS; Teknologi Agilent 7500ce) di Observatoire Midi Pyrenees (Toulouse, Prancis). ICP-MS dikalibrasi menggunakan standar multi-elemen sintetis, yang dijalankan setiap 8 sampel, sedangkan solusi In-Re digunakan sebagai standar internal. Kinerja analitik dinilai dengan menganalisis 3 bahan referensi bersertifikasi internasional: SRM1947 (daun persik), SRM1515 (daun apel) dan GBW-07063 (cabang dan daun semak). Hasilnya dilaporkan dalam Tabel Tambahan S3. Pengukuran oleh ICP-OES dari Mg, K dan Ti semuanya berada dalam 10% dari nilai yang disertifikasi sementara akurasi pada konsentrasi Al bervariasi dari 10 hingga 26%. Elemen-elemen yang diukur oleh ICP-MS semuanya berada dalam 15% dari nilai yang disertifikasi dengan pengecualian Sc (17%) dan La (21%). Reproduksibilitas prosedur pencernaan, ditentukan dengan analisis berulang GBW-07063 (n = 10), SRM1947 (n = 7), SRM1515 (n = 3) dan 6 sampel gambut (masing-masing n = 3), umumnya lebih baik daripada 17 %. Kosong untuk semua elemen yang dipertimbangkan di sini adalah <0, 01 ppm.

Komposisi isotop neodymium dari gambut dan sampai sampel

Lima belas sampel gambut dan 1 hingga sampel dipilih untuk analisis isotop neodymium (Nd). Untuk mengurangi komplikasi yang terkait dengan bahan organik selama proses pemisahan, 400 mg sampel gambut curah (100 mg untuk sampel till) dikeringkan dalam tungku kering pada suhu 550 ° C selama 5 jam. Selanjutnya sampel dicerna dengan asam menggunakan campuran HNO 3 dan HF pekat. Keakuratan dan reproduksibilitas prosedur pencernaan mengenai konsentrasi Nd, ditentukan oleh analisis berulang standar bersertifikasi internasional GBW-07063 (n = 3), lebih baik dari 10%. Setiap sampel disublokasi untuk memastikan bahwa massa 250 ng Nd hadir dalam sampel yang dimuat ke kolom.

Nd dipisahkan dari matriks menggunakan teknik pertukaran ion dua kolom. Pertama, elemen tanah jarang (REE) diekstraksi dari sampel menggunakan kolom pertukaran kation (Bio-Rad poly-prep) yang dikemas dengan ~ 2 ml resin Dowex AG50W-X8 (200-400 mesh). Kemudian, Nd diisolasi dari REE lainnya dengan kromatografi fase terbalik 50 menggunakan kolom (diameter dalam 0, 4 cm, panjang 8 cm) yang dikemas dengan resin Ln-Spec (50-100 mesh). Rincian tentang prosedur pemisahan ini diberikan dalam Tabel Tambahan S4. Kosong prosedural secara konsisten kurang dari 2 pg g- 1 .

Rasio isotop Nd diukur pada spektrometer massa ionisasi termal (TIMS) Finnigan MAT 261 (mode statis) di Observatoire Midi Pyrénées (Toulouse, Prancis). 143 Nd / 144 Nd rasio ditentukan sebagai rata-rata 150 rasio dinormalisasi menjadi 146 Nd / 144 Nd = 0, 7219 untuk mengoreksi fraksinasi massa yang diinduksi instrumental. Standar internasional La Jolla ( 143 Nd / 144 Nd = 0, 511858 51 ) dianalisis pada setiap sesi untuk memantau pergeseran instrumental. Nilai yang diukur adalah 0, 511851 ± 0, 000006 (2σ, n = 3) yang diterjemahkan ke dalam presisi eksternal unit 0, 1 ε Nd .

Perhitungan laju akumulasi debu

Debu AR (g m − 2 tahun − 1 ) dihitung untuk setiap sampel berdasarkan konsentrasi REE yang diukur dalam sampel gambut menggunakan persamaan berikut:

Image

Image

dengan β [REE] i dari konsentrasi (μg g −1 ) dari REE dalam sampel i dan ∑ [REE] UCC jumlah konsentrasi REE di kerak benua atas (148 μg / g 52 ). AR gambut (cm yr −1 ) dan kepadatan (g cm −3 ) diberikan pada Tabel S2 Tambahan (file excel). Kepadatan masing-masing sampel ditentukan dengan mengukur volume menggunakan vernier caliper dan selanjutnya menimbang sampel setelah dibekukan.

Analisis komponen utama

Analisis komponen utama (PCA) dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak SPSSStatistics 20 menggunakan rotasi varimax untuk mengurangi dimensi dalam dataset. Berdasarkan ko-varians antara variabel (yaitu elemen kimia dalam penelitian ini), sejumlah komponen diekstraksi menjelaskan total varians dalam dataset. Dalam praktiknya ini berarti bahwa komponen akan mengandung elemen yang menunjukkan variasi yang serupa, dalam hal ini profil kedalaman konsentrasi yang serupa. Sebelum analisis, semua data pertama-tama ditransformasi log (log10) dan kemudian dikonversi ke skor-z untuk memperhitungkan sifat komposisi data. Yang terakhir dihitung sebagai berikut z = (X i −X Rata-rata ) / X std dengan, X i konsentrasi elemen i, X rata -rata konsentrasi semua sampel untuk elemen i dan X std adalah masing-masing standar deviasi. Kedua transformasi mengubah skala data dan karenanya membuka sistem konsentrasi 53, 54, 55 yang tertutup . Rotasi varimax adalah rotasi ortogonal untuk mengoptimalkan pemuatan variabel dalam komponen, yaitu untuk menjelaskan varians dalam dataset oleh komponen yang lebih homogen. PCA hanya diterapkan pada bagian tertua dari catatan (dari 7.1 ke 16.2 kal kyr BP) karena kami tertarik untuk mengidentifikasi sumber puncak debu yang terjadi di bagian catatan ini. Kedua, konsentrasi keseluruhan di bagian termuda dari inti sangat rendah yang akan memberikan banyak suara ke kumpulan data dan dengan demikian hasil PCA. Hasil analisis PCA ditunjukkan pada Gambar Tambahan. S2.

informasi tambahan

Cara mengutip artikel ini : Vanneste, H. et al. Deposisi debu yang meningkat akibat glasial akhir-akhir ini terkait dengan pergeseran angin barat di Amerika Selatan bagian selatan. Sci. Rep. 5, 11670; doi: 10.1038 / srep11670 (2015).

Informasi tambahan

Dokumen Word

  1. 1.

    Informasi tambahan

File Excel

  1. 1.

    Dataset Tambahan S1

Komentar

Dengan mengirimkan komentar Anda setuju untuk mematuhi Ketentuan dan Pedoman Komunitas kami. Jika Anda menemukan sesuatu yang kasar atau yang tidak mematuhi persyaratan atau pedoman kami, harap tandai sebagai tidak pantas.