中國科學家利用旋回地層學驗證土星對亞洲大陸季風氣候影響的17萬年周期變化
研究指出，調製斜率引起的沉積旋回也是晚中新世—上新世幹濕交替氣候形成的重要原因。由地質學係張睿副教授帶領的“新生代地質與環境”團隊近年來對中國黃土高原東部晚中新世—上新世風成紅粘土進行了較為詳細的旋回地層和天文年代學研究。關注於破譯地球和土星之間軌道傾角的長期頻率擾動相關的“非常規”17萬年斜率調製周期。與40萬年長偏心率周期類似，17萬年長斜率周期已被最新的天文解決方案證明是重要的軌道驅動成分，可作為中新世—上新世氣候波動的“節拍器”指標，揭示東亞季風區的風成周期性沉積模式，重建全球大氣環流。研究指出，調製斜率引起的沉積旋回也是晚中新世—上新世幹濕交替氣候形成的重要原因。季風係統中發現的17萬年周期變化是揭示長期氣候規律的關鍵環節之一。這些發現改進了之前的假設，即隻有40萬年的偏心率周期有助於推動從晚中新世到上新世的氣候變化。該研究於2022年1月10日發表在著名地學期刊Geophysical Research Letters上。↑ （a) 黃土高原地區地形圖展示主要構造特征及研究剖麵位置。b-d，研究剖麵實地照片米蘭科維奇提出地球軌道要素驅動氣候變化的理論，並指出地球在太陽係中的軌道參數，如歲差、斜率和偏心率等，是通過調節接受到的地表太陽輻射量，進而影響萬年—十萬年尺度上地球氣候環境的規律性變化。最近260萬年的第四紀時期，全球氣候是在以10萬年的短偏心率（第四紀晚期）和4萬年的傾角或斜率（第四紀早期）周期為主的冰期-間冰期氣候旋回框架內變化。寒冷的冰川氣候一直是人類生存麵臨的最大危機和挑戰。根據分子生物學和現代遺傳學研究，早期智人在10萬年前的末次間冰期大規模出現。之後，經曆了7-1.15萬年末次冰期的環境，尤其是2萬年前的末次冰期最寒冷階段的嚴酷考驗之後，從1.15萬年至今，在最後一輪溫暖的間冰期裏，人口數量大規模繁衍並挑戰著地球承載的極限，產生了文明。人文和科技有了長足的進步，迎來了工業化革命。（有關討論末次冰盛期影響人類生存的高分辨短期全球氣候波動，如~1000年周期、50—600年周期和2.6萬年周期，以及對氣候變化與太陽活動的推測，感興趣可參考張睿副教授團隊另一篇文章，2021年8月發表在第四紀頂級期刊“Quaternary Science Review”上，鏈接在文末）。 在工業化仍如火如荼地進行的今天。人類也認識到溫室氣體的排放會進一步改變地球的環境和氣候，科學的發展仍在評估後續影響。如果氣候脫韁原有規律，即使不會給全人類帶來災難，也會在很長一段時間內挑戰人類的生存環境。例如，由大量溫室氣體排放引起的全球變暖會大量融化南極和格陵蘭冰蓋，海平麵上升將淹沒當今世界各地的主要金融和經濟活動中心，人類從而被迫進行大規模的人口遷移。因此，關注260萬年前比現在氣溫高1~4攝氏度的上新世和晚中新世的氣候變化，也是目前我們前沿科學家最關注的領域之一。 根據天文研究，金、木、水、火、土五顆行星在地球軌道的偏心率和斜率的周期性變化中起著重要作用，其影響僅次於太陽和月球。土星是五大行星中離地球最遠的，但它是太陽係中僅次於木星的第二大行星，以土星環為特征。土星也是太陽係中衛星最多的行星（至少有83顆衛星）。其中，綽號“泰坦”的土衛六比行星中的水星還要大。 目前影響地球偏心率變化的長期作用力首先是長達40萬年的金星—木星軌道偏心率調製周期。然後在火星、木星、金星、地球和水星之間還有其他成對的共振調製周期。由於這幾對作用力的周期都在10萬年左右, 它們共同構成了第二個重要的短偏心率周期。其中，40萬年的金星—木星偏心率周期可以穩定數億年，而其他10萬年周期的短偏心率調製周期隻能追溯到數千萬年的範圍內，相對不穩定。傾角或斜率的理論探索稍微複雜一些。變化最大的兩對軌道長期斜率調製是火星—地球和地球—土星。這是因為這兩對調製作用在很長一段時間內也是穩定的（比如，目前的理論表明至少有4000萬年和2000萬年）。它們的斜率調製周期分別計算為120萬年和17萬年。然而，這一理論推導仍需通過獲取地質曆史記錄中的氣候敏感指標來進一步驗證。特別是Boulila等人直到2018年才通過天文學理論結合海洋沉積物觀測全麵了解的17萬年調製周期。2020年，Laskar進一步完善了該周期的天文解決方案，指出17萬年長斜率周期可以與40萬年長偏心率周期一起做為地球最重要的脈動“節拍器”指標，從而確定地質記錄天文年代。然而，基於該理論的大陸氣候指標跟蹤仍亟待解決。2021年7月，黃何等人通過從鬆遼等地多個湖泊采集的有機碳指標，報道稱17萬年的氣候周期變化可能存在於數億年的範圍內。來源：西北大學地質係官網作者：李哲萱編輯：諸鵬飛審核：盛捷
2024-03-04
