由德國美因茨馬克斯普朗克化學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組現(xiàn)已成功重建了過去 500 萬年中亞降雨量的變化。沉積層序中保存的信息為理解全球氣候的陸地-水反饋提供了缺失的環(huán)節(jié)。

古研究員 Charlotte Prud'homme 直到最近才在馬克斯普朗克化學(xué)研究所工作，現(xiàn)在是洛桑大學(xué)的研究員，他解釋說：“我們在哈薩克斯坦東南部的查倫峽谷發(fā)現(xiàn)的 80 米厚的沉積層序?yàn)槲覀兲峁┝藥缀踹B續(xù)記錄了 500 萬年的氣候變化。這在陸地上是非常罕見的!” 交替的灰塵和土壤層在一個地方提供了歐亞主要?dú)夂蛳到y(tǒng)之間長期相互作用的第一個可靠證據(jù)。

“在過去的 500 萬年里，歐亞的陸地表面似乎對陸地-大氣-海洋水循環(huán)的貢獻(xiàn)比以前承認(rèn)的更積極。保存在 Charyn Canyon 的沉積物是淡水流入的試金石。北冰洋，刺激潮濕的氣團(tuán)通過西風(fēng)氣流從北大西洋運(yùn)回陸地，”通訊作者 Prud'homme 說。研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在科學(xué)雜志《通訊地球與環(huán)境》上。

研究人員將研究重點(diǎn)放在上新世和更新世時期。五到 260 萬年前的上新世代表了人類世氣候條件的最佳類似物：這個地質(zhì)時期是大氣中二氧化碳濃度最后一次與今天相當(dāng)，大約為百萬分之 400 (ppm) . “這就是為什么我們從查倫峽谷沉積物中獲得的見解對于了解未來氣候至關(guān)重要，”Prud'homme 說。

到目前為止，人們對中亞在過去和現(xiàn)在的全球氣候演變中所扮演的角色知之甚少。過去五百萬年來地球的氣候演變主要是從海洋機(jī)制的角度來理解的。相比之下，起源于陸地而非海洋、湖泊或冰芯的氣候反饋的重要性在很大程度上仍未得到探索。國際研究團(tuán)隊(duì)通過他們在查倫峽谷的實(shí)地研究填補(bǔ)了這一空白。

中高緯度氣候系統(tǒng)之間的相互作用

研究地點(diǎn)位于中亞中部的地理位置對團(tuán)隊(duì)至關(guān)重要：“我們需要找到一個內(nèi)陸且盡可能遠(yuǎn)離海洋的地方，”陸地小組負(fù)責(zé)人凱瑟琳·菲茨西蒙斯 (Kathryn Fitzsimmons)馬克斯普朗克化學(xué)研究所的古氣候重建研究小組解釋說。“我們幾乎找不到比哈薩克斯坦東南部的查倫峽谷更具有性的情況了。” 峽谷的半干旱氣候及其景觀是由中緯度西風(fēng)帶和高緯度極地鋒之間的相互作用以及附近天山山脈輸送的沉積物形成的。根據(jù) Fitzsimmons 的說法，Charyn Canyon 是研究長期陸地氣候反饋機(jī)制的理想選擇。

研究人員檢查了 80 米厚的沉積層序，并通過繩索取樣以確保記錄的連續(xù)覆蓋。通過測量土壤碳酸鹽中同位素的相對濃度，他們重建了土壤中水分隨時間變化的可用性。古地磁分析和土壤碳酸鹽的絕對鈾鉛測年相結(jié)合，確定了沉積物記錄的年齡和積累率。土壤樣本揭示了過去 500 萬年來干旱不斷加劇的地區(qū)。在上新世早期，土壤比隨后的時代或今天的氣候明顯濕潤。然而，這種干旱化過程并不是線性的。

西伯利亞高壓和帶來雨水的西風(fēng)帶之間的相互作用

Charyn Canyon 的研究使科學(xué)家們能夠調(diào)查西伯利亞高壓與帶來雨水的西風(fēng)帶的長期相互作用。Fitzsimmons 說：“我們相信，我們在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的土壤濕度變化也可以作為西伯利亞河流向北活動的代表。” 她說，查倫峽谷的水文氣候反映了北部草原的水文氣候，那里有許多西伯利亞大河，如額爾齊斯河和鄂畢河。它們同樣受到西伯利亞高壓和西風(fēng)氣團(tuán)動力學(xué)的影響。這種系很重要的一個特殊階段很突出：恰倫峽谷在大約 330 萬年前第一次主要全球冰川作用之前的一段持續(xù)潮濕條件。

過去 500 萬年來自這個最完整的陸地氣候檔案的信息為未來的氣候模型提供了非常有價值的基礎(chǔ)。“我們打開了一扇門，”Prud'homme 總結(jié)道。