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                      ——中國科學院辦院方針

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                      晚中新世至中上新世溫暖期亞洲氣候演化與動力過程研究獲進展

                      2021-11-30 地球環境研究所
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                        始于距今200-300萬年前的大冰期氣候塑造了第四紀以來的海洋和陸地環境格局,以及與之相關的生物群落,包括人類的出現和演化。在這之前的上新世和中新世,地球氣候相對溫暖,是距離現代最近的地質溫暖期,期間僅南極發育了大規模冰蓋,而北半球僅發育了零星的小規模冰蓋。這一情景與目前兩極冰蓋變化趨勢頗為相似。在距今1萬年多前的末次冰盛期,北半球高緯度地區和南極發育著大規模冰蓋,冰蓋面積約占全球陸地面積的1/4,在歐洲冰蓋南緣可達北緯50°附近,在北美冰蓋前緣延伸到北緯40°以南。然而,隨著工業革命后溫室氣體排放增加,全球氣溫持續升高,末次冰盛期的“冰河世界”離我們越來越遠,似乎再難重現。迄今為止,冰蓋僅殘存在南極和格陵蘭,且在加速消融。那么,如果地球氣候持續加速變暖,地球是否可能在不久的將來重新回到類似上新世或中新世的溫暖模態?而中新世-上新世氣候又是如何變化?面對未來氣候的可能變化,人類如何應對?這是關系到人類未來生存環境的關鍵科學問題。因此,重建中新世-上新世氣候變化歷史,探索其周期性冷暖干濕變化規律,剖析區域重大氣候事件與地球熱量波動的內在聯系及其全球意義,將有助于我們更好應對未來氣候和人類生存環境的變化。然而,關于中新世至上新世溫暖期亞洲季風氣候演化與動力過程知之甚少。

                        黃土高原的風塵沉積(包括第四紀黃土和新近紀紅粘土)是上至2500萬年“滄海桑田”和下至5000年文明長河的見證者,因其連續性好、年代準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。近日,中國科學院地球環境研究所敖紅研究團隊聯合國內外專家,利用黃土高原風成紅粘土,重建了晚中新世至中上新世溫暖期東亞季風氣候演化歷史,并結合區域和海陸氣候對比,揭示了該時期亞洲氣候的變化特征、動力機制及其全球意義。

                        黃土高原東部石樓紅粘土剖面發育了清晰的強(紅色或深紅色)弱(淺紅色)古土壤旋回(圖1)。研究團隊應用高分辨率(~1–2千年)Rb/Sr、Al/Na和亮度記錄,重建了距今800-340萬年前東亞夏季風降雨的軌道周期變化特征。結果顯示,東亞夏季風降雨在晚中新世至中上新世具有顯著的40萬年和10萬年周期(圖2),與地球軌道的偏心率周期一致,而與該時期南極冰蓋波動的4萬年周期不同。根據地球氣候的軌道驅動理論,偏心率調制的太陽輻射振幅變化可通過調解溫度波動,進而驅動季風降雨呈40萬年和10萬年周期變化。

                        除了軌道尺度氣候變化外,該研究綜合亞洲東西部的古氣候記錄,揭示了亞洲季風區和內陸干旱區氣候在中新世-上新世轉型過程中呈不對稱演化:東部季風濕潤區變濕,內陸干旱區變干(圖3)。海陸對比(圖3)和氣候模擬(圖4)進一步表明,這一不對稱演化是由中新世-上新世轉型過程中的氣候變暖引起的。

                        該研究闡釋了在離我們最近的地質溫暖期軌道尺度東亞季風氣候變化的動力過程,建立了亞洲季風區和內陸干旱區氣候在中新世-上新世轉型過程中的不對稱演化與全球變暖的內在聯系,并為在全球加速變暖背景下亞洲氣候未來的長期變化趨勢預測提供了寶貴的科學參考。11月26日,相關研究成果在線發表在Nature Communications上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項(B類) 、第二次青藏高原綜合科學考察研究、中科院前沿科學重點研究計劃、國家自然科學基金和科技部的支持。

                        論文鏈接 

                      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降雨的軌道周期變化特征

                      圖3.亞洲季風區和內陸干旱區氣候在中新世-上新世轉型過程中的不對稱演化與全球變暖

                      圖4.氣候模擬全球變暖對亞洲季風區和內陸干旱區氣候產生的不同影響

                      打印 責任編輯:侯茜

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