青岛
中国科学院地球环境研究所黄土与气候变化研究团队敖红研究员、宋友桂研究员、强小科正研级高工和张鹏副研究员，联合国内外专家，利用黄土高原崇信红粘土/黄土剖面对北半球冰盖扩张前后亚洲冬季风在轨道和千年尺度上的变化进行了深入研究。近日，该研究成果以“Orbital- and millennial-scale Asian winter monsoon variability across the Pliocene–Pleistocene glacial intensification”为题发表在Nature Communications。
在上新世-更新世过渡期（距今约260万年），北半球冰盖迅速扩张，在格陵兰岛、北美和欧亚大陆的冰盖不仅厚度增加，而且规模扩张和厚度增加，同时伴随着更多冰筏碎片输入北太平洋和北大西洋。这一晚新生代大冰期的形成是整个新生代以来最重大的气候事件之一，标志着地球气候系统经历了长期的冷却趋势，从“单极冰室”模态过渡到了新的“双极冰室”模态，冰期-间冰期变化幅度大幅增加，并且这种气候模态一直持续至今。北半球冰盖的大规模扩张导致了全球气候和生态系统的重组，进而推动了非洲南方古猿进化成为早期人类。亚洲季风作为全球最大的季风系统，在多个地区的气候和生态系统中发挥着至关重要的作用。北半球冬季，来自中高纬度亚洲大陆的西伯利亚高压的冷空气导致西北向冬季风的形成，并不断向南方推进。在强盛冬季风的影响下，南方的冬天也会随着冷空气的入侵出现大风、降温、雨雪、冰雹等灾害性天气。北半球冰盖扩张前后亚洲季风的演化特征一直是古气候学关注的重要前沿科学问题。
该研究首先利用磁性地层学揭示出崇信剖面记录了Gilbert–Gauss界线至Matuyama负极性时早期连续的地磁极性特征，其不仅包括Mammoth和Kaena负极性亚时及Olduvai正极性亚时，而且还记录了地磁场的精细结构，例如，Réunion地磁极性漂移事件（图1a–b）。然后，在磁性地层年代学基础上，运用沉积物粒度这一物理参数，重建了晚上新世至早更新世冬季风演化历史，结果显示北半球冰盖大幅扩张虽然导致了冬季风强度增加，但没有改变冬季风轨道尺度的周期演化，其始终保持与全球海平面相似的4万年和~10万年两个周期协同演化（图1c–d，图2a）。另外，在北极冰盖形成前后冬季风一直都有显著的千年尺度波动叠加在轨道尺度变化之上（图1c，图2b）, 主要受到天文驱动和地球内部气候动力学的控制。
图1 黄土高原崇信剖面磁性地层学和粒度记录及其与全球海平面记录的对比
图2 上新世晚期-更新世早期轨道及千年尺度气候变率
这一结果对于理解千年尺度的气候动力学具有重要意义，因为本研究发现千年尺度冬季风变化在北半球冰盖扩张前后都存在，另外冰盖形成后对冬季风强度及其在轨道和千年尺度的变化幅度有显著增强。
该研究得到中国科学院战略先导专项（XDB40000000）、第二次青藏高原科学考察与研究计划（2019QZKK0707）、中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-DQC021）、国家自然科学基金（42074076）、山东省专项基金（LSKJ202203300）、陕西省杰出青年基金项目等资助。
本文来源：中国科学院地球环境研究所
