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本研究通过中国罗水洞高精度石笋记录,揭示了146-136.6 ka BP期间亚洲夏季风(ASM)的千年和百年尺度变率特征。结合δ18O和δ13C双指标,首次发现MIS 6.3/6.2过渡期存在6次类Dansgaard-Oeschger(DO)事件,证实冰期气候不稳定性受南大洋调控的双极跷跷板机制持续作用,为理解不同冰期气候突变规律提供新证据。
在探索地球气候系统的奥秘中,冰期突然发生的千年尺度气候震荡始终是科学家们关注的焦点。Dansgaard-Oeschger(DO)事件作为末次冰期最显著的气候波动现象,其形成机制已被广泛研究,但一个关键问题悬而未决:在更古老的冰期阶段,这类气候突变是否遵循相同规律?尤其当全球冰量、轨道参数等边界条件相似时,不同冰期的DO事件会呈现怎样的"家族相似性"?这个问题的解答对预测未来气候突变风险至关重要。
中国的研究团队选择亚洲夏季风(ASM)这一全球气候系统的敏感指示器,将目光投向晚倒数第二次冰期(MIS 6.3/6.2过渡阶段)。这个时期与末次冰期的MIS 3/2过渡期具有惊人的相似性——相近的轨道辐照条件、相当的冰量规模,堪称天然的"气候类比实验"。然而现有记录存在明显分歧:中国黄土高原的粒度数据检测到多达10次千年事件,而葫芦洞石笋仅识别出3次DO-like事件。这种差异究竟源于气候信号本身的区别,还是不同代用指标的敏感性差异?
为破解这一谜题,研究人员在湖北罗水洞获取了高精度石笋LS12,通过铀系测年(230Th)建立精确到0.5%误差的年代框架,同步分析δ18O和δ13C双指标。δ18O主要反映ASM强度的大尺度环流特征,而δ13C则敏锐捕捉区域降水引起的生物-土壤过程变化。研究创新性地采用MOD-AGE年龄模型进行时频分析,结合小波变换探究周期特征,并与南北半球其他高分辨率记录进行交叉验证。
亚洲夏季风的双指标交响曲
δ18O曲线清晰记录了6次显著的千年尺度暖期(IS1-IS6),其振幅达1.5‰,与格陵兰冰芯记录的DO事件特征高度吻合。引人注目的是δ13C展现出2-3倍于δ18O的波动幅度,揭示地表生态过程对气候突变的放大效应。特别是在IS4事件期间,δ13C出现4‰的剧烈负偏,暗示突然的降水增加导致岩溶系统上覆植被生产力爆发。这种"碳同位素超调"现象为识别弱DO事件提供了新视角。
南北半球的时空耦合
通过对比南极EPICA冰芯记录,发现每个ASM增强事件均对应南极降温相位,完美呈现双极跷跷板机制。更精细的层位分析显示,在141 ka BP之后,千年尺度振荡中叠加了显著的百年波动,其周期(800-1200年)与同时期北大西洋的IRDs(冰筏碎屑)事件同步。这种多尺度耦合证实南大洋热输送变化通过AMOC调控北半球气候事件的持续时间和稳定性。
隐藏在周期中的太阳密码
频谱分析揭示1.5 kyr的主导周期,其强度随冰量增加而增强。有趣的是,在146-141 ka BP期间出现87年和210年的太阳活动周期信号,支持"异频共振"假说——即太阳活动谐波可能通过触发AMOC重组来驱动DO事件。这为冰期亚轨道尺度气候变率的外强迫机制提供了新证据。
这项发表于《Global and Planetary Change》的研究具有三重突破:首次在MIS 6建立可与末次冰期直接对比的DO事件序列;揭示δ13C作为气候突变放大器的独特价值;证实南大洋在调控冰期气候不稳定性中的枢纽地位。这些发现暗示,当前气候模型可能低估了南半球高纬度过程对季风突变的影响。当未来冰期再度来临,罗水洞石笋记录的这种"气候记忆"或将成为预测突变风险的珍贵钥匙。
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