四個高分辨率更新世氣候變化記錄的位置圖。論文作者供圖
黃土、湖泊和深海沉積的敏感元素比值變化及其與深海δ18O記錄對比。 論文作者供圖
萬物生長靠太陽，地球氣候變化亦是如此。當?shù)厍蚶@太陽運動的軌道發(fā)生變化時，地球表面所接受到的太陽輻射能量也隨之改變，造成地球上氣候發(fā)生相應(yīng)的冷暖波動和風(fēng)雨變遷。但是，如何去證明這種影響的存在？這種影響又暗含哪些規(guī)律？特別是氣候突變事件，因其幅度大、速度快、影響廣、未來趨勢難以預(yù)估，備受國際學(xué)術(shù)界關(guān)注。
已有的研究文獻表明，陸地、海洋和冰芯等記錄揭示出最近80萬年地球氣候經(jīng)歷了千年尺度快速變化，其振幅與冰期旋回有關(guān)。但是在中更新世氣候轉(zhuǎn)型之前，全球冰期旋回變幅較小且周期較短，氣候快速變化與冰期旋回的關(guān)系尚不清楚。中更新世（距今約120萬年至70萬年)是第四紀冰川演化的一個特殊時期，也是全球氣候環(huán)境變化從對稱的4萬年波動轉(zhuǎn)變?yōu)椴粚ΨQ的10萬年冰期旋回的一個重要時期。
11月1日，《自然—地球科學(xué)》（Nature Geoscience）在線發(fā)表了中國科學(xué)院地球環(huán)境所孫有斌團隊聯(lián)合美國、英國和瑞士科學(xué)家的最新研究成果，綜合分析了來自海洋和陸地四個百年分辨率的元素比值變化序列，探討了更新世以來千年尺度氣候變率特征及其與軌道參數(shù)變化的關(guān)系。
四個高分辨率記錄分別來自北大西洋冰筏事件核心區(qū)U1308孔、伊比利亞海岸U1385孔、巴爾干半島奧赫里德湖（Ohrid）和中國黃土高原古浪黃土。
孫有斌介紹，他們基于末次冰期北半球氣候突變事件的同步性，利用中國石筍δ18O記錄作為基準曲線，調(diào)整了60萬年以來4種元素比值中的突變事件年齡，60萬年之前則利用U1308孔Si/Sr比值，作為其他3個記錄的年齡靶曲線，構(gòu)建了4個元素比值變化的同步時間序列。
研究者經(jīng)對4種元素比值記錄的小波分析結(jié)果表明，千年尺度變幅在10萬 、4萬和2萬年波段表現(xiàn)出明顯的周期性。
“通過對千年尺度變幅與冰量和軌道參數(shù)進行交叉小波分析，發(fā)現(xiàn)在10萬和4萬年周期上千年尺度變率明顯受到冰量變化調(diào)制，尤其是在中更新世氣候轉(zhuǎn)型之后?！?孫有斌闡述，“在4萬和2萬年頻段上，千年尺度氣候變幅持續(xù)受到地軸傾斜度和歲差影響。”
地軸傾斜度(Obliquity)是指地球自轉(zhuǎn)軸（赤道面）與公轉(zhuǎn)軸（黃道面）的夾角，在21.5~24.5°之間緩慢變化，周期約4萬年；地軸傾斜度變化影響著地球不同緯度之間太陽輻射入射量差異，較小的傾角意味著高緯地區(qū)接受太陽輻射相對較少。
歲差(Precession)表示地球運轉(zhuǎn)時近日點和遠日點在公轉(zhuǎn)軌道上做旋進運動，造成春（秋分）點在黃道面上位置變化稱為歲差，其進動周期約2.6和 1.9萬年；歲差是氣候季節(jié)性變化的主要誘因，造成南北半球四季正好相反。
論文作者將4個元素比值歸一化后進行整合，生成陸地—海洋集成記錄，從而揭示出千年尺度氣候變化在過去150萬年持續(xù)存在，氣候突變事件的數(shù)量和幅度在冰期和間冰期不同氣候背景下有顯著差異。在中更新世之前，氣候突變的劇烈程度主要受到歲差和地軸傾斜度變化的影響，而到中更新世之后全球冰量和軌道參數(shù)均可調(diào)制千年尺度氣候事件的變化幅度。
相關(guān)專家認為，該研究整合了來自海洋和陸地對氣候突變敏感的高分辨率元素地球化學(xué)記錄，構(gòu)建了一個更新世千年尺度氣候變化代表性序列，發(fā)現(xiàn)千年尺度氣候變率不僅受冰期—間冰期下墊面的強烈調(diào)制，而且也受到歲差和地軸傾斜度變化的持續(xù)影響，為評估軌道和千年氣候變化之間的動力關(guān)聯(lián)提供了關(guān)鍵地質(zhì)證據(jù)。(張行勇 中國科學(xué)報 發(fā)布時間：2021/11/4)
相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1038/s41561-021-00794-1
