研究成果

我系研究首次揭示120万年天文周期可能是全球气候转型的重要驱动力

文章来源: 发布时间:2023-03-10 11:46 作者:李哲萱 浏览量:488
  工业化引起的二氧化碳水平升高将导致未来几十年全球变暖和厄尔尼诺现象的频繁或永久性发生。因此,寻找地质历史上相仿的地质变化记录,对气候建模提供基础数据支持,了解气候变化趋势至关重要。而地质历史上,最类似现今及未来的气候变化是从较冷的晚中新世向较温暖的上新世过渡。因此,中新世—上新世气候变迁的研究是目前地球科学尤其是古气候领域中最热门的课题之一。以米兰科维奇理论为指导,我们长期的认识是,地球轨道的周期性变化主要调节几万年到几十万年尺度的气候变化,百万年以上的更大规模气候变化以构造和深层碳循环调整为主。
  

  中新世-上新世气候转换对全球生物多样性产生了重大影响,更脆弱的陆地气候显然受到更严峻的考验。这一时期的大规模干旱化严重影响了地表植被的分化和陆生哺乳动物的大规模迁徙。如此剧烈的气候变化为我们人类未来所依赖的环境变化的严重性敲响了警钟。此前的主要研究已经证实了一些构造影响,如喜马拉雅山和青藏高原的隆升或巴拿马和印度尼西亚海道的关闭,可能会加剧区域气候变化,这可能有助于理解上新世及以后环境的线性变化趋势。然而,晚中新世至上新世期间,全球百万年尺度的气候波动显然不能直接用构造活动来解释。比如,喜马拉雅山的短期隆升和巴拿马海道的逐渐关闭,不太可能产生先降温后升温的趋势。同时,这一时期空气中二氧化碳浓度的较低波动不足以支撑深部碳循环导致明显的气候变化。因此,虽然晚中新世至上新世的气候变化模式存在一些假设条件,但尚无获得大多数学者一致支持的方案。近日,西北大学新生代地质与环境团队联合加拿大阿尔伯塔大学、法国巴黎地球物理研究所和意大利国家地球物理与火山研究所的科研人员向我们展示了一个新思路。

1:黄土高原地形图展示主要研究剖面位置

  研究人员发现,中国黄土高原的风成红粘土和海洋沉积物对晚中新世以来地球—火星倾角斜率调制的长期演化动力学有着明显的响应。该研究成功破译了陆地气候如何受到120万年周期产生的振荡沉积模式,该轨道模式是造成晚中新世干旱化和冷却及上新世的全球变暖等气候波动的主要原因。这一框架更新了先前的假设,即海洋和陆地碳库的循环有助于推动晚中新世冷却和上新世变暖,为未来几十年类似上新世的气候预测提供有价值的模拟条件。

  

  结合进一步的构造活动分析,特别是青藏高原的隆升以及巴拿马和印尼海道关闭的影响,研究小组还指出,大约在400万年前,全球尤其是亚洲和美洲的气候波动中,120万年周期的主要驱动力此后逐渐被40万年周期所叠加或取代。亚洲季风沉积物可以详细记录地球轨道变化的节奏,进一步了解这一时期全球变化的特征。这一发现也提高了以往对于季风气候的认识,在不同时期,可能有不同的天文周期占据主要影响位置,天文气候并不总是以40万年的偏心率变化周期为主。

  

  该研究最近发表在收录于自然检索(NI)的美国地球物理协会(AGU)期刊《地球物理研究杂志:固体地球》 (Journal of Geophysical Research:Solid Earth)上。该文是张睿副教授团队本年度第二篇NI文章,第一作者为博士研究生秦婕。

  

  关于120万年和17万年等非常规轨道周期如何通过调节不同纬度的太阳辐射影响季风传播强度变化的进一步探索,将在团队后续出版物中为读者报道。


2:黄土高原红粘土东部整合剖面(LL-SL)和中部泾川(JC)剖面的磁化率、深海氧同位素、海水表面温度、空气二氧化碳含量等记录与天文气候周期,特别是1.2 百万年的斜率调制周期(绿色实线和虚线)对比


3:晚中新世至上新世亚洲季风的简化天文气候模型。a, 偏心率周期(蓝色)和~1.2-Myr的倾角调制周期(绿色);b, 数学模型显示1.2-Myr斜率周期作用力(红色)、400-kyr长偏心率周期(蓝色虚线)、构造的阶段性影响(绿色箭头)以及长偏心率和构造叠加复合体(黄色)