黄土高原西部全新世季风变化及突变事件精细结构研究获进展

科学技术 农业技术
科普堂    2020-12-21    932

全新世的气候变化是研究现代气候变暖的背景,这期间,地球气候系统经历了一系列千年-百年尺度的气候突变,如2.8 ka、4.2 ka、5.5 ka、8.2 ka、9.3 ka等,这些气候突变事件的发生速度快、变化幅度大,足以造成灾难性后果,甚至危及人类社会的生存和发展。未来是否有可能再次发生该类似的突变事件?深入研究全新世气候突变事件在不同区域的起迄时间、表现形式、内部结构和转型特征等对理解其规律及触发和传输机制有重要意义,是预估未来全球变暖背景下气候变化的重要依据。


黄土高原位于亚洲夏季风北缘,是研究高低纬气候系统相互作用的理想区域。黄土-古土壤序列在理解东亚第四纪气候变化中发挥重要作用。然而,由于其测年误差和分辨率的原因,不易提取百年及更短时间尺度气候变化的细节。近期,中国科学院地球环境研究所“一带一路”气候环境研究中心研究员谭亮成及其合作者,通过黄土高原西南缘乌鸦洞的5根具有精确U-Th测年(~1%测年误差)的石笋,利用石笋中的稳定碳、氧同位素,重建了目前黄土高原地区最高分辨率(~5年)的全新世季风气候变化序列,对全新世季风气候及主要突变事件的起迄时间、内部结构及驱动机制进行了详细研究。


结果显示,轨道尺度上黄土高原西部的石笋记录与季风区其他记录具有良好的一致性(图1),该地区的季风、降水跟随北半球夏季太阳辐射变化,这证实了之前来自中国南方的石笋研究结果。黄土高原西部最湿润的时期在10500~6600 BP(图1),这与黄土高原东部地区中全新世最湿润不同,可能是早全新世印度夏季风增强带来降雨增多所导致。这一时期湿润的气候有利于新石器时代文化在中西部的出现和发展。研究人员通过周期分解发现,在中晚全新世,随着夏季太阳辐射的下降,亚洲夏季风在年代际尺度上变化幅度逐渐增大,提出可能是ENSO频率增加导致(图2)。


研究人员研究了该区域全新世的季风突变事件,发现乌鸦洞石笋的δ18O记录了与Bond事件1~8对应的季风减弱事件,峰值发生年代为1.19、2.92、3.90、5.49、8.15、9.55、10.52、11.01 ka BP(图2)。此外,还记录了另外3次以3.53、4.90、6.26 ka BP为中心的弱季风事件。在这些突变事件中,8.2 ka事件最为显著。通过分析这些突变事件结构,研究人员进一步发现,8.2、5.5、2.8 ka事件的内部结构相似(图3),为两谷夹-峰结构,可能受控于太阳活动,其信号在8.2 ka时被融冰水放大;4.2 ka事件则不同,是长期季风衰弱下的渐变状态。


相关研究成果以Holocene monsoon change and abrupt events on the western Chinese Loess Plateau as revealed by accurately-dated stalagmites为题,发表在Geophysical Research Letters上。研究工作得到中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金的支持,是地球环境所“一带一路”计划的系列成果。


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图1.乌鸦洞δ18O记录与亚洲夏季风北缘模拟的降水变化以及季风区其他记录对比


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图2.乌鸦洞石笋δ18O记录的全新世亚洲夏季风变化与北大西洋IRD事件及ENSO变化对比


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图3.几次全新世气候事件的详细结构(虚线框表示事件持续时间;黄色条带为中心事件;蓝色条带为次要事件)


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