柴达木盆地晚新生代干旱气候环境演化方面取得新进展

亚洲内陆是“一带一路”的核心区，也是当今全球最大的非地带性干旱区，其内裸露的大量地表松散物质被冬季风和西风环流携带，持续向黄土高原、北太平洋甚至格陵兰地区输送粉尘物质，对区域乃至全球生态环境产生深刻影响。然而，当今遍布戈壁沙漠的这一广袤地区曾被横亘于欧亚大陆的海洋所覆盖，气候温暖湿润，动植物繁盛。亚洲内陆这段“沧海荒漠”变迁史所反映的亚洲内陆干旱化的起因、时间和过程，一直是地球科学领域研究的焦点，关乎深入认识和改善亚洲内陆数十亿人民的生存环境和实现区域绿色可持续发展。

近期，临沂大学资源环境学院第四纪科学团队韩文霞教授课题组联合国内外多名学者，基于对中德科学家在亚洲内陆核心区柴达木盆地钻取的千米深钻（SG-1孔）近十年来发表或新获取的、包括岩石磁学、地球化学（元素、同位素指标）、粒度和孢粉等指标的大量古气候环境数据，利用多种数值方法开展了大数据的“深挖掘”和集成研究工作。研究发现：（1）柴西地区自晚上新世以来古气候呈现出长期的阶段性干旱化趋势和显著的轨道周期变化特征，0.8-0.6 Ma是察汗斯拉图古湖收缩的临界点（跨越气候门槛），0.6 Ma之前古湖系统为高预测性的稳定系统，而之后古湖系统的稳定性和可预测性急剧降低，古湖开始不可逆转地急剧收缩直至干涸；（2）早–中更新世柴达木盆地和黄土高原地区气候环境均受控于天体轨道参数的变化并具有同步演化特征，但自1.2 Ma开始，两个地区气候环境变化开始分异，0.6 Ma之后分异特征更加显著，表现为柴达木地区气候开始大幅波动并伴随干旱进一步加剧，而黄土高原地区气候环境的波动幅度虽也显著增加但夏季风却呈现增强趋势；（3）天体1.2 Ma长倾角周期的低幅期与偏心率周期的低值同步耦合时，北半球冰盖会显著扩张，进而通过影响北半球中高纬度西风环流的强度和位置，控制中亚地区气候环境的演化。

图1. 柴达木盆地西部SG-1钻孔（2.8-0.08 Ma）的多指标数据集成分析。包括SG-1孔多指标的模糊C均值聚类分析（A）、小波分析、滑动窗均值和变幅分析（B-C）， SG-1孔指标及黄土高原夏季风指标的非线性递归定量分析（D-F）

图2. 柴达木盆地和黄土高原地区气候环境演化的过程和驱动机制示意图

本研究揭示的第四纪柴达木古湖扩张-瓦解-干涸的详细演化过程和控制机制，以及柴达木盆地和黄土高原地区第四纪气候环境的时空演变特征，可为深入理解和预测中亚地区水文和气候环境变化等研究提供新的视角。

另外，多种线性-非线性数据分析等方法在本研究以及韩文霞教授深度参与的，揭示晚中新世亚洲内陆气候转型论文（Tectonic forcing of environmental transition in Central Asia at ~11-9 Ma）中的成功应用也表明，利用多种手段的大数据集成分析能够“挖掘”和“扫描”出隐藏在古气候、古环境原始数据中的众多重要信息，在未来相关研究中极具前景。

上述相关研究成果近日以系列性论文发表于国际一区杂志Quaternary Science Reviews（论文题目：Climate transition in the Asia inland at 0.8-0.6 Ma related to astronomically forced ice sheet expansion，链接https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106580，韩文霞教授为第一作者和通讯作者），和Gondwana Research（论文题目：Tectonic forcing of environmental transition in Central Asia at ~11-9 Ma，链接https://doi.org/10.1016/j.gr.2020.08.012）上。以上研究得到了国家自然科学基金（41571200 和 41877298）、第二次青藏高原综合科学考察项目（2019QZKK0707）、泰山青年学者计划 (tsqn201812102)及德国联邦科教部 (BMBF) CAME II项目(03G0863A)的联合资助。

排版丨杨天明