自张骞勇敢踏出长安，开辟了一条连接东西方文明的丝绸之路以来，中亚便成为了东西方文明交流的重要十字路口。然而，当今提及中亚，人们首先想到的不再是高僧玄奘曾领略的那个辉煌一时的梦幻城市撒马尔罕，也不是白居易描述中的那位“弦鼓一声双袖举，回雪飘飖转蓬舞”的胡旋舞女。当前，更加令人关注的是其面临的生态环境挑战。
地处欧亚大陆腹地，远离海洋，加之温度变化剧烈，中亚已成为全球最为显著的干旱区之一。随着全球气候变暖加速，该区域面临冰川融化加速、湖泊缩小和水资源短缺等严峻挑战，其中咸海的缩小更是被称为“地球上最严重的环境灾难之一“。这不仅对当地社会经济发展构成了持续的威胁，而且进一步加剧了其生态的脆弱性。
面对这样的挑战，研究中亚地质历史时期以来的水文气候变化就显得尤为重要。这不仅有助于深入了解中亚的水文变化历史，也为在全球变暖背景下预测此地区未来降水趋势提供了重要的参考。关于中亚全新世湿度重建的研究已有诸多成果，然而，大多数中亚全新世水文气候记录都来自中亚东部的我国新疆地区，这一区域目前的降水主要集中在夏半年，与中亚西部地区目前的冬半年降水模式形成鲜明对比。这引发了一系列关键问题：降水季节性模态不同的中亚东西部地区过去的水文气候变化是否同步？广大的中亚地区何时经历过何种严酷的气候危机？对社会发展产生了什么影响？
为了解答这一谜题，中国科学院地球环境研究所 “极端气候事件及影响”团队（EXCEIS）谭亮成课题组联合国内外合作伙伴，对采自吉尔吉斯斯坦费尔甘纳盆地的石笋样品进行深入研究。通过集成石笋氧、碳同位素和Sr/Ca比值指标，成功构建了过去7800年中亚西部地区高精度测年（误差小于6‰）、高分辨率（约4年）水文气候记录。研究结果显示，自中全新世以来，中亚西部地区呈现出逐渐变干的趋势。这一结果不仅与当地考古遗址数量的减少相一致，也与冬季降水主导的西亚和东地中海地区的石笋、湖泊和泥炭等地质生物记录中指示的降水减少现象相符。而位于中亚东部的黄土、泥炭和孢粉等记录则指示全新世长期的增湿趋势，这与西部地区的长期干旱形成鲜明的对比。研究进一步指出，这种差异归因于中亚地区冬季和夏季西风急流对季节性太阳辐射的不同响应方式。全新世以来，北半球夏季日照减少，夏季西风急流在中亚上空加强并向南移动，导致以夏半年降水为主的中亚东部地区降水增加。相反，在以冬季降水为主的中亚西部地区，受北半球冬季日照增加的影响，冬季西风急流向北移动并伴随着温度上升，使得地中海风暴活动减少，从而减少了向中亚地区的水汽输送，导致该地区冬季降水和积雪减少。这暗示，未来随着冬季太阳辐射的持续增加和全球变暖，中亚西部到西亚这一广大地区可能面临降水持续减少的威胁。
此外，通过对中亚西部干湿记录的详细分析，研究揭示此地区1400年、50-70年和20-30年的周期，可能与北大西洋的气候波动相关，表明中亚气候变化与全球气候系统之间存在密切联系。其中百年-年代际尺度的干旱事件对该地区历史社会乃至跨欧亚文化交流产生了深远影响。例如，距今5180-5820年的超级大旱事件阻碍了中亚文化的扩张并延迟了沿史前丝绸之路绿洲通道的文化。大旱灾之后，降水的逐渐恢复促进了中亚青铜时代文明的繁荣，即巴克特里亚-马尔吉亚纳文明的兴起（~4250-3650 y BP或~4350-3550 y BP），并导致了欧亚草原上的游牧民族向南迁移。此外，横跨亚非欧三大洲的波斯帝国（公元前550年—公元前330年）的兴盛，也正好对应于这一广大区域的气候湿润期。
该研究成果提供了中亚西部地区过去7800年迄今最为精细的水文气候背景，对理解该地区新石器以来的文化变迁具有重要意义。同时，研究揭示的中亚东西部地区之间由轨道驱动的不同降水变化趋势，也有助于改进对这一生态脆弱区域未来气候变化的模型预测。
上述成果于近期发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，谭亮成研究员为文章第一和通讯作者，安芷生院士为共同通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导专项（XDB40000000）和山东省专项经费（LSKJ202203300）和国家自然科学基金（42030512、42325705、41888101和42030512）等的共同资助。
相关文献：
Tan, L.C.*, Cheng, H., Li, D., Orozbaev, R., Li, Y.Z., Xu, H., Edwards, R.L., Song, Y.G., Ma, L., Lin, F.Y., Sinha, A., An, Z.S.*. Hydroclimatic changes on multiple timescales since 7800 y BP in the winter precipitation–dominated Central Asia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024,121 (14) e2321645121. https://doi.org/10.1073/pnas.2321645121
图1 (A) 中亚地区冬半年(11月-4月)降水量占年降水量的比例。(B) ECHAM5-wiso模拟的距Talisman 洞穴最近格点的冬半年(11月-4月)雨量加权δ18Op和降水量空间相关性。（C）ECHAM5-wiso模拟的距Talisman 洞穴最近格点的年均雨量加权δ18Op和降水量空间相关性。
图2 F11各地球化学指标及集成的干旱指数记录。
图3 F11重建的干旱指数与区域内现有气候记录以及模拟的冬夏季西风急流位置的对比。左图为中亚西部地区干湿变化，右图为中亚东部地区干湿变化。
图4 去趋势后的中亚西部地干湿变化及百年-年代际尺度极端气候事件