PNAS:全球变冷促使360万年来亚洲中纬度地区气候急剧变干

发布日期:2020-09-24 字体:[ ]
  通过钻取并分析青藏高原北缘西昆仑山前迄今世界最厚完整黄土岩芯(图1),中科院青藏高原地球科学卓越创新中心、中科院青藏高原所新生代环境团队方小敏研究员与中科院地球环境研究所安芷生院士等共同主导的研究发现,北半球高纬度冰量增加和全球变冷,可能是驱动亚洲中纬度地区360万年以来干旱气候和西风环流演化的主控因素,并可能通过粉尘输送对北太平洋和南海生物生产力及与其相关的大气CO2浓度吸收和全球变冷产生重要影响。
   
  图1科研人员钻取的黄土岩芯
  9月22日,该成果在线发表于国际著名学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS),为深入理解全球气候变化与中亚干旱区气候环境变化和西风气候演化的关系提供了新视角。 
  亚洲内陆干旱区的形成演化过程和驱动机制是当今地学研究的重要科学前沿问题,不仅关系到我国西部和中亚地区的生态环境保护和建设,还可能对全球气候产生重要影响。塔里木盆地位于亚洲内陆极端干旱区中心,据观测研究,盆地内沙尘天气频发,每年产生的粉尘占亚洲中纬度干旱区粉尘总量的三分之二。在西风作用下,这些粉尘被搬运到我国中东部、太平洋、美国西部乃至北极地区,可能对中、东亚地区乃至全球产生深刻影响。  
  在塔里木盆地南缘、西昆仑山前形成的巨厚黄土堆积在海拔3200~3300米处,形成宽广平坦的黄土高台地面,其南面西昆仑山顶就是著名的古里雅冰帽所在(图2)。黄土的堆积形成过程与干旱气候和西风环流强度变化密切相关,是研究亚洲内陆干旱化和西风环流气候历史的理想材料。
     
  图2 塔里木南缘、西昆仑山前黄土堆积高台地地貌与黄土深钻   
  在国家自然科学基金项目、中科院A类先导专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”和第二次青藏高原综合科学考察研究专项的支持下,方小敏研究员等与安芷生院士等合作,历时多年,在西昆仑山前海拔3300米的最高黄土台地中心成功钻透黄土地层,获取671米黄土连续岩芯,为迄今世界最厚的黄土堆积。 
  据文章作者方小敏介绍,通过系统的古地磁测量结果和天体轨道调谐确定西昆仑山黄土岩芯底界年龄约360万年。高分辨率粒度和粉尘沉积通量分析显示,360万年来,亚洲中纬度干旱区气候总体呈持续变干趋势,经历了约距今270万年、110万年和50万年三次急剧阶段性干旱化事件。同时,气候变化周期也由110万年以前的4万年为主,逐步转变为10万年为主。上述特征与冰期变化周期,尤其是北半球高纬度冰量记录的气候变化一致,表明全球变冷尤其北半球高纬度冰量增加和冰盖扩展可能是驱动亚洲中纬度地区360万年以来西风气候变化和干旱化的主控因素(图3)。 
   
  图3 西昆仑山前黄土深钻岩心古地磁年代(a-c)、>30μm粗颗粒粒度(代表西风强度)(d)和粉尘通量(代表干旱度)(e)及其与全球深海沉积氧同位素记录的全球气候变化在时间领域(f)和10万年、4.1万年天体轨道周期领域内的对比(g,h)。(i)为>30μm粗颗粒粒度周期谱360万年以来的阶段性转型变化。
  中科院地球环境研究所石正国研究员的古气候数值模拟表明,全球变冷是导致西风环流显著增强,促使亚洲内陆气候急剧变干、粉尘释放增加的驱动力。碳循环周期分析揭示,增加的大气粉尘可能对北太平洋和南海生物地球化学循环产生重要影响,即促进降低大气二氧化碳浓度,导致全球气候的进一步变冷。 
  该项研究首次揭示了360万年北半球西风气候变化的可能历史,为深入理解亚洲内陆干旱化与全球气候变化的相互作用过程和机制提供了新的证据。