来自海南岛的高分辨率古气候记录揭示了全新世晚期中国热带地区受太阳活动影响的水文气候变化

时间：2026年2月5日

来源：Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology

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本研究通过高密度AMS¹⁴C测年与多指标重建，揭示海南岛双池火山湖晚全新世水文气候变迁。发现6.5-2.0 cal ka BP沉积间隙由区域变暖干旱及场地水文特征共同驱动，2.0 cal ka BP后湖泊恢复伴随有效湿度上升。公元时期区域降水与总太阳辐射呈负相关（300年、130年周期），亚热带地区呈现反向响应，揭示太阳辐射通过ENSO反馈机制调控东亚季风降水时空异质性。

王瑶|顾瑶|孟贤强|倪振宇|孙薇薇|张恩楼

中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全国家重点实验室，中国南京211135

摘要

由于缺乏来自热带地区的高分辨率和准确年代测定的记录，晚全新世期间中国东南部水文气候变化的百年尺度变异性和空间特征仍不甚清楚。本研究利用高密度AMS¹⁴C测年技术及多种代用指标（包括针铁矿/赤铁矿比值、元素比值、磁化率、生物硅（BSi）和有机碳/氮比值），对位于中国热带地区的双池岭玛珥湖（Hainan Island）的沉积物岩芯进行了分析。大约6.5–2.0千年前发生的沉积间断主要受到区域变暖和干燥条件下的泥炭分解作用影响，同时也受到特定地点水文地质特征的调节。约2.0千年前湖泊的恢复过程表现为BSi含量急剧增加以及内源性有机物质的增多，这表明当时的有效湿度较高。在公元时期，多指标分析显示区域降水量与总太阳辐照度之间存在显著的负相关关系（周期约为300年和130年）。值得注意的是，这种关系在亚热带地区呈现相反趋势，表明降水量响应呈现反相位。这些发现表明，中国东南部百年尺度的水文气候变化受太阳辐射强迫的影响，可能通过厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）反馈机制起作用，进而导致与赤道辐合带移动和台风活动相关的空间异质性降水量响应。

引言

当前全球变暖背景下，东亚夏季季风（EASM）地区的时空水文气候模式变化常常引发极端洪水和干旱事件（Fu等人，2023年；Ding和Chan，2005年），对区域社会经济发展、生态系统保护和水资源安全产生不利影响。在过去两千年中，全球经历了多次冷暖波动，为研究区域水文气候变化对温度变化的响应提供了重要参考（PAGES 2k联盟，2013年）。

现有研究主要集中在过去一千年（公元1000–2000年），尤其是从中世纪温暖期（MWP）向小冰期（LIA）的过渡期间。通过比较不同地区的沉积记录，发现了几种变化模式：（1）中国南北地区的差异（Chen等人，2015年；Tan等人，2018年；Xu等人，2019年），推测这与东亚夏季季风/赤道辐合带（ITCZ）的南北迁移有关；（2）受西风急流位置控制的干旱中亚与中国季风北部的差异（Chen等人，2019年）；（3）中国东部的三极/沿海模式（Jiang等人，2021年；Cao等人，2024年），与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）变化相关。然而，关于这些水文气候变化模式是否在不同边界条件下能够持续存在（百年至千年时间尺度），仍存在较大不确定性。

与过去一千年相比，涵盖公元0–1000年的高分辨率古水文记录较为稀少，且某些关键地区的记录存在矛盾。特别是在中国东南部，关于水文气候的解释存在分歧。基于花粉的研究和碳同位素记录表明“暖湿/冷干”模式（Zhao等人，2024a；Zhong等人，2014a，2014b），这与湖泊沉积物中的其他地球化学记录所显示的“暖干/冷湿”模式相反（Huang等人，2023年；Jiang等人，2023年）。此外，关于晚全新世是否比早-中全新世更湿润或更干燥，仍存在广泛争议。早期研究认为该地区的季风降水高峰出现在晚全新世（An等人，2000年），这与模拟结果一致（Lu等人，2024年）。然而，来自中国东南部的多项基于花粉的研究（如湖光岩玛珥湖、定南和汪东阳泥炭的研究）表明全新世最适宜期实际上发生在早-中全新世（Wang等人，2007年；Zhao等人，2016年，2017年）。这些分歧可能反映了：（1）不同代用指标的敏感性差异（花粉记录植被变化，而地球化学记录径流/风化过程）；（2）该地区的空间异质性；或（3）对同一观测数据的不同解释。

解决这些争议需要来自热带至亚热带地区的高分辨率、多指标记录，并具备可靠的年代学依据。海南岛位于北纬19–20°之间，处于东亚夏季季风和赤道辐合带的交界处，因此对水文气候变化及热带太平洋状况非常敏感（Yang等人，2014年；Zheng等人，2003年）。本研究提供了来自海南岛双池岭玛珥湖的新高分辨率、高密度年代记录，该湖泊属于水文封闭或半封闭系统，可有效减少外来污染。具体研究目标包括：（1）利用多指标分析重建水文气候变化；（2）通过高密度AMS¹⁴C测年建立高精度年代序列，以便进行百年尺度分析；（3）研究公元时期的区域降水量变化及其在东南部的空间分布；（4）通过将区域代用指标与太阳辐照度和ENSO重建结果进行对比，揭示其背后的驱动机制。

区域背景与样本采集

双池岭火山双坑位于中国热带地区的海南岛北部，与大陆通过琼州海峡分隔（图1a）。坑底海拔约40米。较小的西侧坑的坑缘至坑底深度约为20米，集水面积约为0.01平方公里；较大的东侧坑的深度为15米，集水面积约为0.02平方公里（图1b-1c）。坑的外坡较为平滑。

岩性与年代学

沉积物剖面分为四个岩性单元（图2）：（1）10.8–9.7米：含灰黄色至灰绿色粘土的粉砂；（2）9.7–8.6米：含有丰富植物遗骸的黑色泥炭层；（3）8.6–7.1米：灰黑色至灰棕色的粉砂粘土层，带有红棕色锈迹；（4）7.1–2米：灰色至灰棕色的粉砂粘土层与灰黑色粘土层交错分布。

AMS¹⁴C测年结果显示年龄分布呈双峰状：中上部年龄较年轻

中全新世沉积间断的可能原因

在中全新世向晚全新世过渡期间出现的沉积间断在低纬度地区并不罕见。Zhao等人（2024b，2022）也报告了中国东南部玉华山和汪东阳泥炭沼泽中约6.5–2.0千年前发生的泥炭损失现象。同样，台湾岛上的亚高山退缩湖在约4.5千年前泥炭沉积后也经历了沉积间断（Selvaraj等人，2011）。

局限性

我们的解释受到若干限制：（1）关于老层中湖泊水泄漏的潜在因素尚未得到明确验证，这阻碍了对中全新世期间双坑湖泊水文气候过程（无论是统一还是分化）的全面理解。（2）代用指标记录的年代对齐性和区域可比性仍存在不确定性，部分原因可能是由于测年误差。

结论

从中国热带地区的双池岭双坑中的较小湖泊中获取了一个新的岩芯。高密度AMS¹⁴C测年结果显示，在约6.5–2.0千年前存在沉积间断或湖泊干涸现象，这可能反映了温暖且较为干燥的环境，不利于泥炭积累。约2.0千年前BSi含量和水生有机质贡献的突然增加表明湖泊恢复，有效湿度增强，这一时间与ENSO活动加剧相吻合。

作者贡献声明

王瑶：撰写——审稿与编辑，原始草稿撰写，方法学研究，资金申请，数据管理，概念构思。顾瑶：撰写——审稿与编辑，方法学研究，数据管理。孟贤强：撰写——审稿与编辑，方法学研究，数据管理。倪振宇：撰写——审稿与编辑，方法学研究。孙薇薇：撰写——审稿与编辑，数据管理。张恩楼：项目监督，项目管理，资金申请，概念构思。