地質地球所揭示末次冰消期東亞海洋變暖超前陸地機制

　　5月29日，《美國科學院院刊》(PNAS)在線發表了中科院地質地球所新生代地質與環境研究室呂厚遠研究員學科組與國內同行合作完成的關于末次冰消期東亞海洋、陸地氣候轉暖不同步的研究成果。該研究揭示了2萬年來，全球氣候從寒冷的冰期向溫暖的間冰期變暖過程中，在東亞地區，海洋變暖超前陸地氣候變暖約3~4千年，提出了熱帶海洋和北半球高緯度氣候驅動海-陸氣候轉暖不同步的新認識，增進了對全球轉暖背景下東亞季風區氣候變化機制的理解。

　　現今，全球氣候變化的格局是在地質時期氣候長期演變背景下形成的，但古氣候學家們對地質時期冰期向間冰期轉暖過程中，海洋和陸地是否同步轉暖了解甚少，以至于對全球冰消期氣候轉暖的機制存在多種假說，如高緯冰蓋驅動說、低緯大洋暖池驅動說、南半球潛熱驅動說等。造成這一問題的關鍵是目前對冰消期全球海洋、陸地氣候變化與高、低緯氣候變化之間的關系尚不明確，因此解決這一問題的核心是如何同步獲取海洋和陸地氣候變化的信息。

　　呂厚遠學科組利用東海沖繩海槽DG9603鉆孔的孢粉(提供陸地氣候變化信息)、有孔蟲和長鏈烯酮(提供海洋氣候變化信息)分析結果，在相同的時間標尺上，分別建立4萬年來陸地和海洋氣候變化序列。結果顯示，孢粉記錄的陸地植被變化表明，陸地氣候在距今約1.5萬年前突然升溫，在距今約 1.29~1.15萬年期間短期降溫，這個變化模式與北半球高緯度格陵蘭地區氣候變暖過程是一致的(圖1、2)。然而，有孔蟲和長鏈烯酮生物溫標記錄的海水溫度變化顯示，東海沖繩海槽區海水溫度早在約2~1.9萬年前就迅速升溫，一直到全新世溫暖期，這個變化模式與低緯度西太平洋暖池變暖過程是一致的。由于該研究所分析的陸地、海洋指標來自同一鉆孔，避免了年代對比的不確定性，因此分析結果準確地揭示了末次冰消期東亞地區海洋變暖超前陸地氣候變暖約3~4 千年(圖3)。

　　進一步研究認為，約2萬年前，隨著地球軌道歲差周期變化，北半球低緯度地區太陽輻射增加，熱帶海洋接收更多熱量，信風增強，加速了自東向西的赤道暖流，造成西太平洋暖池變暖。在西太平洋暖池北部，變暖的海水通過黑潮暖流迅速向北運動，導致東海-沖繩海槽區域海洋約 2~1.9萬年前迅速升溫;與此同時，在西太平洋暖池南部，溫暖的海水穿越印度洋，通過厄加勒斯海流進入大西洋，增強大西洋經向翻轉環流(AMOC)強度，向西北大西洋輸送更多熱量，隨同北半球同時增大的夏季太陽輻射一起，加速融化北半球高緯度冰蓋，引起大量淡水在約1.9萬年前后開始涌入北大西洋，導致大西洋經向翻轉環流(AMOC)減弱并在距今1.8~1.5萬年期間幾乎完全停止，造成北半球高緯度地區迅速變冷，并發展成北半球廣泛存在的寒冷事件(Heinrich事件1，簡稱H1)。正是這次突然變冷的氣候事件(H1)推遲了北半球陸地氣候轉暖的時間，導致了東亞陸地氣候轉暖滯后于東海海洋(西太平洋暖池)轉暖約3~4千年。

　　這個發現揭示了全球不同地區海洋與陸地氣候變化在不同時間尺度上，可能存在復雜的超前或滯后關系。這些關系至今并沒有被考慮在古氣候模型或現今的海洋-大氣耦合模型中，因此現今的模型對于未來氣候變化的預測必然存在較大的偏差。系統地開展相關研究，可以極大地提高氣候模型的預測能力和促進對東亞季風區氣候演變規律和驅動機制的認識。

　　地質地球所新生代地質與環境研究室古生態學科組博士后徐德克為論文第一作者，呂厚遠研究員為通信作者。國家海洋局第一海洋研究所、中科院海洋研究所、云南師范大學學者參加了合作研究。

　　本研究工作得到國家自然科學基金項目以及科技部“973”項目和中國科學院資助。

　　論文信息：Deke Xu, Houyuan Lu, Naiqin Wu, et al. Asynchronous marine-terrestrial signals of the last deglacial warming in East Asia associated with low- and high-latitude climate changes. PNAS, 2013, doi: 10.1073/pnas.1300025110

圖1 DG9603鉆孔位置及其與其他古氣候記錄地點示意圖

圖2 東海沖繩海槽4萬年來主要孢粉變化與石筍、冰芯氧同位素變化的對比圖

圖3 末次冰消期以來DG9603孔與全球不同區域氣候變化指標對比