兰州大学科研团队揭示中国北方降水在距今最近的持续温暖期是如何变化的

日期: 2021-04-16 阅读: 来源: 关键词:

地质历史时期气候持续温暖阶段各气候要素如何变化,对理解未来全球变暖背景下的气候变化有启示作用。黄土高原连续的第四纪黄土沉积物是研究东亚季风变化的良好载体,使中国的古季风研究位于世界前列。然而如何从其下覆的红黏土沉积物中提取出可靠的轨道尺度季风变化信息一直是国内外地学工作者争论的焦点。这主要是因为红黏土沉积速率较低和氧化作用较强所致。第四纪黄土磁化率的高低主要是由于成壤作用生成的细颗粒亚铁磁性矿物含量高低所决定,这些亚铁磁性颗粒虽然含量总体很少但磁性很强,即使有少量的存在也能对磁化率起到决定性的作用。因此,中国黄土的磁化率可以反映成壤强度从而指示东亚季风降水的强弱。然而,红黏土沉积在较为温暖的晚中新世—上新世时期,成壤过程与第四纪时期存在明显差异,磁学矿物可能更多被转化为赤铁矿。因此,只考虑被亚铁磁性矿物主导的磁化率就不能全面获得季风降水的强弱变化。全面理解磁性矿物记录的季风降水信息就需要同时考虑亚铁磁性矿物和赤铁矿的相对含量变化。已有研究表明现代土壤的细颗粒的亚铁磁性矿物含量与赤铁矿含量的比值(可用χfd/HIRM估计)能够准确指示季风降水的变化。然而,这一指标尚未被应用到红黏土序列中。

中上新世晚期是距今最近的气候持续温暖时期,被认为是未来气候的一个相似期,国际上专门成立了工作组来研究这个时期的气候变化。然而,东亚夏季风在这段时期如何变化还存在不同的认识。在这一背景下,兰州大学聂军胜团队及合作者首次把该指标应用到红黏土中的中上新世暖期(图1),生成了千年分辨率的季风降水记录。结果发现季风降水在该暖期具有非常显著的2万年岁差周期(图2(a)和(b))且与当地夏季太阳辐射变化一致,与气候模拟结果一致。

图1 朝那剖面红黏土地层

该比值指标除了揭示出东亚季风降水具有显著的岁差周期,还揭示出了清晰的倾角周期(图2(c))。然而,与2万年周期不同的是,当黄土高原地区夏季收到的太阳辐射较多时,东亚季风降水却较少(图2(c))。说明4万年尺度东亚季风降水的驱动机制与2万年尺度存在差异。考虑到除了太阳辐射外,冰盖大小也可能是控制亚洲季风的另一个重要因素,研究团队把χfd/HIRM指标记录在4万年尺度上的变化与深海氧同位素记录进行了对比,发现当冰盖较大的时候黄土高原降水较多(图3(a)和(b)),与一些模拟结果预测的一致。因此,团队把4万年尺度黄土高原降水的变化归因为冰盖的驱动。不过,冰量大小可能受全球CO2含量驱动,这也说明CO2含量可能也是4万年尺度黄土高原降水变化的一个因素。

图2朝那剖面季风降水指标记录与太阳辐射对比图

(a)χfd/HIRM指标记录与6月太阳辐射梯度的对比。(b)a中两条记录的2万年周期信号对比。(c)a中两条记录的4万年周期信号对比

图3朝那剖面季风降水指标记录与全球冰量对比图

(a)χfd/HIRM指标记录与深海δ18O曲线的对比。(b)a中两条记录的4万年周期信号对比。

Science Bulletin杂志2021年第4期以“Joint insolation and ice sheet/CO2forcing on northern China precipitation during Pliocene warmth”为题报道了这项研究。该文第一作者为兰州大学博士研究生罗增,通讯作者为聂军胜教授。合作者来自美国加利福尼亚州立大学、布朗大学、罗彻斯特理工学院、英国纽卡斯尔诺森比亚大学和江苏师范大学。这一研究揭示在距今最近的气候持续温暖时期(约3百万年前),黄土高原地区的降水具有显著的岁差周期和倾角周期,初步解决了在上新世暖期期间,东亚季风降水地质记录与模拟结果在轨道尺度上不一致的问题,也为理解未来东亚季风降水的变化提供了可供参考的地质证据。这项研究得到第二次青藏高原综合科学考察项目(2019QZKK0704)和国家自然科学基金(42030505和 41672157)的共同资助。

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编辑:肖超元
责任编辑:许文艳

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