晚中新世至中上新世溫暖期亞洲氣候演化與動(dòng)力過(guò)程
始于距今200–300萬(wàn)年前的大冰期氣候塑造了第四紀(jì)以來(lái)的海洋和陸地環(huán)境格局，以及與之相關(guān)的生物群落，包括人類(lèi)的出現(xiàn)和演化。在這之前的上新世和中新世，地球氣候則相對(duì)溫暖，是距離現(xiàn)代最近的地質(zhì)溫暖期，這期間僅南極發(fā)育了大規(guī)模冰蓋，而北半球僅發(fā)育了零星的小規(guī)模冰蓋。隨著工業(yè)革命后溫室氣體排放的不斷增加，全球氣溫持續(xù)升高，兩極冰蓋不斷消融，海平面持續(xù)上升。到目前為止，冰蓋僅殘存在南極和格陵蘭，而且它們還在加速消融。如果不能有效降低大氣中溫室氣體含量，地球氣候?qū)⑾蚋訙嘏哪B(tài)邁進(jìn)，在不久的將來(lái)，北半球僅存的格陵蘭冰蓋可能完全消失，南極冰蓋將大幅減少，這一情景與北極冰蓋發(fā)育之前的上新世和中新世氣候模態(tài)極為相似。因此，重建中新世-上新世氣候變化歷史，探索sdao其周期性冷暖干濕變化規(guī)律，理解區(qū)域重大氣候事件與地球熱量波動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系及其全球意義，將有助于我們更好應(yīng)對(duì)未來(lái)氣候和人類(lèi)生存環(huán)境的變化，是關(guān)系到我們?nèi)祟?lèi)未來(lái)生存環(huán)境的重大科學(xué)問(wèn)題。然而，我們目前對(duì)中新世至上新世溫暖期亞洲季風(fēng)氣候演化與動(dòng)力過(guò)程還知之甚少。
中國(guó)黃土高原的風(fēng)塵沉積（包括第四紀(jì)黃土和新近紀(jì)紅粘土）是上至2500萬(wàn)年“滄海桑田”和下至5000年文明長(zhǎng)河的見(jiàn)證者，因其連續(xù)性好、年代準(zhǔn)確且分布范圍廣泛而成為亞洲氣候演化歷史與全球變化研究的寶貴材料。最近，“高原生長(zhǎng)與演化”任務(wù)“高原風(fēng)化剝蝕歷史及氣候環(huán)境效應(yīng)”專(zhuān)題研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)黃土高原風(fēng)成紅粘土重建了晚中新世至中上新世溫暖期東亞季風(fēng)氣候演化歷史，并結(jié)合區(qū)域和海陸氣候?qū)Ρ龋沂玖嗽摃r(shí)期亞洲氣候的變化特征、動(dòng)力機(jī)制及其全球意義。
黃土高原東部石樓紅粘土剖面發(fā)育了清晰的強(qiáng)（紅色或深紅色）弱（淺紅色）古土壤旋回（圖1），為研究精細(xì)到軌道尺度的晚中新世–上新世東亞氣候變化提供了寶貴材料。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)石樓紅粘土剖面高分辨率（~1–2千年）元素比值（Rb/Sr、Al/Na）和亮度記錄重建了距今800–340萬(wàn)年前東亞夏季風(fēng)降雨的軌道周期變化特征。研究結(jié)果表明東亞夏季風(fēng)降雨在晚中新世至中上新世具有顯著的40萬(wàn)年和10萬(wàn)年周期（圖2），與地球軌道的偏心率周期一致，而與該時(shí)期南極冰蓋波動(dòng)的4萬(wàn)年周期不同。根據(jù)地球氣候的軌道驅(qū)動(dòng)理論，偏心率調(diào)制的太陽(yáng)輻射振幅變化可通過(guò)調(diào)解溫度波動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)季風(fēng)降雨呈40萬(wàn)年和10萬(wàn)年周期變化。
除了軌道尺度氣候變化外，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)綜合亞洲東西部的古氣候記錄發(fā)現(xiàn)亞洲季風(fēng)區(qū)和內(nèi)陸干旱區(qū)氣候在中新世-上新世轉(zhuǎn)型過(guò)程中呈不對(duì)稱(chēng)演化：東部季風(fēng)濕潤(rùn)區(qū)變濕，內(nèi)陸干旱區(qū)變干。海陸對(duì)比和氣候模擬進(jìn)一步表明，這一不對(duì)稱(chēng)演化是由中新世-上新世轉(zhuǎn)型過(guò)程中的氣候變暖引起的。模擬結(jié)果顯示，這一氣候變暖事件導(dǎo)致了夏季風(fēng)降雨的增強(qiáng)，但增強(qiáng)的季風(fēng)仍然難以深入到內(nèi)陸干旱區(qū)，而且溫度升高使得這些干旱區(qū)的蒸發(fā)加強(qiáng)，有效濕度（降雨量減去蒸發(fā)量）反而降低（圖3）。這為預(yù)測(cè)我國(guó)氣候在未來(lái)溫暖期的變化趨勢(shì)提供了地質(zhì)參考，即隨著全球變暖的持續(xù)加強(qiáng)，未來(lái)我國(guó)季風(fēng)濕潤(rùn)區(qū)可能變得更加濕潤(rùn)，內(nèi)陸干旱區(qū)可能變得更加干旱。
圖 1 黃土高原石樓紅粘土剖面野外照片
圖2 晚中新世-中上新世黃土高原季風(fēng)降雨的軌道周期變化特征
圖3 氣候模擬全球變暖對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)和內(nèi)陸干旱區(qū)氣候產(chǎn)生的不同影響
文章信息：Ao, Hong*, Rohling, Eelco J., Zhang, Ran*, Roberts, Andrew P., Holbourn, Ann E., Ladant, Jean-Baptiste, Dupont-Nivet, Guillaume, Kuhnt, Wolfgang, Zhang, Peng, Wu, Feng, Dekkers, Mark J., Liu, Qingsong, Liu, Zhonghui, Xu, Yong, Poulsen, Christopher J., Licht, Alexis, Sun, Qiang, Chiang, John C. H., Liu, Xiaodong, Wu, Guoxiong, Ma, Chao, Zhou, Weijian, Jin, Zhangdong, Li, Xinxia, Li, Xinzhou, Peng, Xianzhe, Qiang, Xiaoke. (2021). Global warming-induced Asian hydrological climate transition across the Miocene–Pliocene boundary. Nature Communications, 12(1): 6935.
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27054-5