Source change of surface water in the western Arctic Ocean recorded by neodymium isotopes since 76 kyr BP

Abstract

북태평양과 북대서양의 통로에 위치하는 북극해는 전지구적 기후시스템에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 이는, 북태평양 해수를 비롯하여, 전 지구 강물량의 10%에 달하는 여러 강물, 그리고 얼음이 녹아 형성되는 담수를 포함하는 북극해로 유입되는 다양한 근원의 수괴들과 관련되어 있다. 이들은 북극해의 염도를 낮추고, 북대서양으로 흘러가 북대서양 심층수의 형성에 영향을 주며 전 지구적 열 분배에 영향을 끼치기 때문이다. 본 저자는, 서북극해의 멘델레예프 해령과 척치 플라토의 자생성 네오디뮴 동위원소를 고해상도로 분석하여, 과거 46,000~51,000년, 35,000~39,000년, 그리고 13,000~19,000년 전에 서북극해로 유입되는 막대한 양의 담수가 발생했음을 재현하였으며, 홀로세 후기 기간 동안 태평양 해수의 유입이 증가하였음을 복원하였다. 46,000~51,000년전, 상대적으로 높은 네오디뮴 동위원소 값이 관찰되었다. 이는, 중기 바이크셸리안 빙하기 동안 확장된 바렌츠-카라 빙상에 의해 경로가 차단된 막대한 양의 아이스댐 호수가 많은 양의 레디오제닉한 네오디뮴을 동반하며, 북극해로 유입되었을 것으로 추정된다. 당시, 동북극해의 반시계방향의 표층수 흐름은 오늘날에 비해 강했을 것으로 추정된다. 반면, 35,000~39,000년, 13,000~19,000년 전에는 상대적으로 낮은 네오디뮴이 관찰되는 데, 이는 로렌티드 빙상으로부터 유입된 막대한 양의 담수가 대륙붕 지역에 축적된 언레디오제닉 네오디뮴을 쓸고 들어가며 나타난 결과로 여겨진다. 이 때, 서북극에 발달한 시계방향의 표층수 흐름은 오늘날과 같거나 동북극해 방향으로 확장했을 것으로 보인다. 매스밸런스 계산에 의하면, 네오디뮴 동위원소의 변화를 일으키는 담수의 양이 오래된 이벤트부터 6,300, 10,600, 그리고 4,800 km3에 달함을 나타내며, 이로 유추할 수 있는 당시 북극해로 유입되는 막대한 양의 담수가 북대서양 심층수의 형성에도 영향을 끼칠 수 있음을 시사한다. 홀로세 후기기간에는 코어의 하층에서 상층으로 이동함에 따라, 네오디뮴 동위원소 값의 증가가 관찰된다. 이는 해수면의 증가에 따라, 북극해로 유입되는 북태평양 해수의 유량이 증가하며 발생된 결과로 보인다. 두 차례의, 네오디뮴 동위원소 값의 하강은, 얼음의 용해에 의한 언레디오제닉 담수의 유입 혹은 얼음 형성에 의한 북태평양 해수의 유입 감소로 해석될 수 있지만, 연대모델의 불확실성과 지화학적 정보의 결여로 인해 가설의 검증은 보류되었다.

The freshwater budget of the Arctic Ocean is an important component of the global climate system. Meltwater input, riverine discharge, and Pacific water inflow decrease the salinity of the Arctic Ocean and weaken the formation of the North Atlantic Deep Water (NADW) (Schlosser et al., 1991). Here I report continuous record of authigenic neodymium (Nd) isotopes on the Mendeleev Ridge from which I reconstruct prominent freshwater discharge events at 46-51, 35-39 and 13-19 ka BP. At 46-51 ka BP, there was freshwater input from bursting of ice-dammed lakes accompanying the collapse of the Barent-Kara Ice Sheet during Middle Weichselian glaciation (Mangerud et al., 2004) releasing radiogenic Nd. The cyclonic surface circulation in the eastern Arctic Ocean was stronger than at present. At 35-39 and 13-19 ka BP, the Laurentide ice sheet (LIS) supplied freshwater which remobilized the unradiogenic Nd accumulated on the shelves. During both intervals the configuration of anticyclonic circulation in the western Arctic was expanded eastward or similar to today. Simple mass balance calculation suggests that 6,300, 10,600, and 4,800 km3 of freshwater contributed these εNd variations, implying that amount of freshwater could have also affected the formation of NADW. During late Holocene, the radiogenic trend toward the upper sediment layer imply that Pacific inflow to the Arctic Ocean was increased owing to sea-level rise. Two unradiogenic troughs were questionable due to lack of age and geochemical information.