黃土高原西部全新世季風變化及突變事件精細結構研究獲進展

2020-12-14 騰訊網

全新世的氣候變化是研究現代氣候變暖的背景，這期間，地球氣候系統經歷了一系列千年-百年尺度的氣候突變，如2.8 ka、4.2 ka、5.5 ka、8.2 ka、9.3 ka等，這些氣候突變事件的發生速度快、變化幅度大，足以造成災難性後果，甚至危及人類社會的生存和發展。未來是否有可能再次發生該類似的突變事件？深入研究全新世氣候突變事件在不同區域的起迄時間、表現形式、內部結構和轉型特徵等對理解其規律及觸發和傳輸機制有重要意義，是預估未來全球變暖背景下氣候變化的重要依據。

黃土高原位於亞洲夏季風北緣，是研究高低緯氣候系統相互作用的理想區域。黃土-古土壤序列在理解東亞第四紀氣候變化中發揮重要作用。然而，由於其測年誤差和解析度的原因，不易提取百年及更短時間尺度氣候變化的細節。近期，中國科學院地球環境研究所「一帶一路」氣候環境研究中心研究員譚亮成及其合作者，通過黃土高原西南緣烏鴉洞的5根具有精確U-Th測年（~1%測年誤差）的石筍，利用石筍中的穩定碳、氧同位素，重建了目前黃土高原地區最高解析度（~5年）的全新世季風氣候變化序列，對全新世季風氣候及主要突變事件的起迄時間、內部結構及驅動機制進行了詳細研究。

結果顯示，軌道尺度上黃土高原西部的石筍記錄與季風區其他記錄具有良好的一致性（圖1），該地區的季風、降水跟隨北半球夏季太陽輻射變化，這證實了之前來自中國南方的石筍研究結果。黃土高原西部最溼潤的時期在10500~6600 BP（圖1），這與黃土高原東部地區中全新世最溼潤不同，可能是早全新世印度夏季風增強帶來降雨增多所導致。這一時期溼潤的氣候有利於新石器時代文化在中西部的出現和發展。研究人員通過周期分解發現，在中晚全新世，隨著夏季太陽輻射的下降，亞洲夏季風在年代際尺度上變化幅度逐漸增大，提出可能是ENSO頻率增加導致（圖2）。

研究人員研究了該區域全新世的季風突變事件，發現烏鴉洞石筍的δ18O記錄了與Bond事件1~8對應的季風減弱事件，峰值發生年代為1.19、2.92、3.90、5.49、8.15、9.55、10.52、11.01 ka BP（圖2）。此外，還記錄了另外3次以3.53、4.90、6.26 ka BP為中心的弱季風事件。在這些突變事件中，8.2 ka事件最為顯著。通過分析這些突變事件結構，研究人員進一步發現，8.2、5.5、2.8 ka事件的內部結構相似（圖3），為兩谷夾-峰結構，可能受控於太陽活動，其信號在8.2 ka時被融冰水放大；4.2 ka事件則不同，是長期季風衰弱下的漸變狀態。

相關研究成果以Holocene monsoon change and abrupt events on the western Chinese Loess Plateau as revealed by accurately-dated stalagmites為題，發表在Geophysical Research Letters上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金的支持，是地球環境所「一帶一路」計劃的系列成果。

圖1.烏鴉洞δ18O記錄與亞洲夏季風北緣模擬的降水變化以及季風區其他記錄對比

圖2.烏鴉洞石筍δ18O記錄的全新世亞洲夏季風變化與北大西洋IRD事件及ENSO變化對比

圖3.幾次全新世氣候事件的詳細結構（虛線框表示事件持續時間；黃色條帶為中心事件；藍色條帶為次要事件）

來源：中國科學院地球環境研究所

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