晚中新世至中上新世溫暖期亞洲氣候演化與動力過程
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，地球氣候則相對溫暖，是距離現代最近的地質溫暖期，這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。隨著工業革命后溫室氣體排放的不斷增加，全球氣溫持續升高，兩極冰蓋不斷消融，海平面持續上升。到目前為止，冰蓋僅殘存在南極和格陵蘭，而且它們還在加速消融。如果不能有效降低大氣中溫室氣體含量，地球氣候將向更加溫暖的模態邁進，在不久的將來，北半球僅存的格陵蘭冰蓋可能完全消失，南極冰蓋將大幅減少，這一情景與北極冰蓋發育之前的上新世和中新世氣候模態極為相似。因此，重建中新世-上新世氣候變化歷史，探索sdao其周期性冷暖干濕變化規律，理解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，是關系到我們人類未來生存環境的重大科學問題。然而，我們目前對中新世至上新世溫暖期亞洲季風氣候演化與動力過程還知之甚少。
中國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。最近，“高原生長與演化”任務“高原風化剝蝕歷史及氣候環境效應”專題研究團隊通過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），為研究精細到軌道尺度的晚中新世–上新世東亞氣候變化提供了寶貴材料。研究團隊通過石樓紅粘土剖面高分辨率（~1–2千年）元素比值（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。研究結果表明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，研究團隊還通過綜合亞洲東西部的古氣候記錄發現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。海陸對比和氣候模擬進一步表明，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。模擬結果顯示，這一氣候變暖事件導致了夏季風降雨的增強，但增強的季風仍然難以深入到內陸干旱區，而且溫度升高使得這些干旱區的蒸發加強，有效濕度（降雨量減去蒸發量）反而降低（圖3）。這為預測我國氣候在未來溫暖期的變化趨勢提供了地質參考，即隨著全球變暖的持續加強，未來我國季風濕潤區可能變得更加濕潤，內陸干旱區可能變得更加干旱。
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 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
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.
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27054-5