Nature Communications: 晚中新世至中上新世温暖期亚洲气候演化与动力过程
【发布时间：2021年12月03日
】【来源：中科院地球环境研究所】
始于距今200–300万年前的大冰期气候塑造了第四纪以来的海洋和陆地环境格局，以及与之相关的生物群落，包括人类的出现和演化。在这之前的上新世和中新世，地球气候则相对温暖，是距离现代最近的地质温暖期，这期间仅南极发育了大规模冰盖，而北半球仅发育了零星的小规模冰盖。这一情景与目前两极冰盖变化趋势极为相似。在距今1万年多前的末次冰盛期，北半球高纬度地区和南极发育着大规模冰盖，冰盖面积约占全球陆地面积的1/4，在欧洲冰盖南缘可达北纬50°附近，在北美冰盖前缘延伸到北纬40°以南。然而，随着工业革命后温室气体排放的不断增加，全球气温持续升高，末次冰盛期的“冰河世界”离我们越来越远，似乎再也难以重现。到目前为止，冰盖仅残存在南极和格陵兰，而且它们还在加速消融。那么，如果地球气候持续加速变暖，地球有无可能在不久的将来又重新回到类似上新世或中新世的温暖模态呢？而中新世-上新世气候又是如何变化的呢？面对未来气候的可能变化，我们又该如何应对呢？这些都是关系到我们人类未来生存环境的重大科学问题。因此，重建中新世-上新世气候变化历史，探索其周期性冷暖干湿变化规律，理解区域重大气候事件与地球热量波动的内在联系及其全球意义，将有助于我们更好应对未来气候和人类生存环境的变化。然而，我们目前对中新世至上新世温暖期亚洲季风气候演化与动力过程还知之甚少。
黄土高原的风尘沉积（包括第四纪黄土和新近纪红粘土）是上至2500万年“沧海桑田”和下至5000年文明长河的见证者，因其连续性好、年代准确且分布范围广泛而成为亚洲气候演化历史与全球变化研究的宝贵材料。最近，中国科学院地球环境研究所敖红研究团队联合国内外专家，通过黄土高原风成红粘土重建了晚中新世至中上新世温暖期东亚季风气候演化历史，并结合区域和海陆气候对比，揭示了该时期亚洲气候的变化特征、动力机制及其全球意义。
黄土高原东部石楼红粘土剖面发育了清晰的强（红色或深红色）弱（浅红色）古土壤旋回（图1）。研究团队通过高分辨率（~1–2千年）Rb/Sr、Al/Na和亮度记录重建了距今800–340万年前东亚夏季风降雨的轨道周期变化特征。结果显示，东亚夏季风降雨在晚中新世至中上新世具有显著的40万年和10万年周期（图2），与地球轨道的偏心率周期一致，而与该时期南极冰盖波动的4万年周期不同。根据地球气候的轨道驱动理论，偏心率调制的太阳辐射振幅变化可通过调解温度波动，进而驱动季风降雨呈40万年和10万年周期变化。
除了轨道尺度气候变化外，该研究还通过综合亚洲东西部的古气候记录揭示出亚洲季风区和内陆干旱区气候在中新世-上新世转型过程中呈不对称演化：东部季风湿润区变湿，内陆干旱区变干（图3）。海陆对比（图3）和气候模拟（图4）进一步表明，这一不对称演化是由中新世-上新世转型过程中的气候变暖引起的。
图 1 黄土高原石楼红粘土剖面野外照片
图2 晚中新世-中上新世黄土高原季风降雨的轨道周期变化特征
图3亚洲季风区和内陆干旱区气候在中新世-上新世转型过程中的不对称演化与全球变暖
图4 气候模拟全球变暖对亚洲季风区和内陆干旱区气候产生的不同影响
该研究不仅揭示了在离我们最近的地质温暖期轨道尺度东亚季风气候变化的动力过程，建立了亚洲季风区和内陆干旱区气候在中新世-上新世转型过程中的不对称演化与全球变暖的内在联系，而且为在全球加速变暖背景下亚洲气候未来的长期变化趋势预测提供了宝贵的科学参考。该研究成果11月26日在线发表于Nature Communications，受到中国科学院B类先导专项 (XDB40000000)、第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0707)、中国科学院前沿科学项目(QYZDB-SSW-DQC021)、国家自然科学基金项目和科技部项目资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27054-5
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