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晚中新世至中上新世温暖期亚洲气候演化与动力过程

文章来源 :
2021-11-30 11:43

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。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,两极冰盖不断消融,海平面持续上升。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。如果不能有效降低大气中温室气体含量,地球气候将向更加温暖的模态迈进,在不久的将来,北半球仅存的格陵兰冰盖可能完全消失,南极冰盖将大幅减少,这一情景与北极冰盖发育之前的上新世和中新世气候模态极为相似。因此,重建中新世-上新世气候变化历史,探索sdao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,是关系到我们人类未来生存环境的重大科学问题。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。

中国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,“高原生长与演化”任务“高原风化剥蚀历史及气候环境效应”专题研究团队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),为研究精细到轨道尺度的晚中新世–上新世东亚气候变化提供了宝贵材料。研究团队通过石楼红粘土剖面高分辨率(~1–2千年)元素比值(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。研究结果表明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,研究团队还通过综合亚洲东西部的古气候记录发现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。海陆对比和气候模拟进一步表明,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。模拟结果显示,这一气候变暖事件导致了夏季风降雨的增强,但增强的季风仍然难以深入到内陆干旱区,而且温度升高使得这些干旱区的蒸发加强,有效湿度(降雨量减去蒸发量)反而降低(图3)。这为预测我国气候在未来温暖期的变化趋势提供了地质参考,即随着全球变暖的持续加强,未来我国季风湿润区可能变得更加湿润,内陆干旱区可能变得更加干旱。


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图 1 黄土高原石楼红粘土剖面野外照片


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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


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图3 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


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.

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-27054-5