由德国美因茨马克斯普朗克化学研究所领导的一个国际研究小组现已成功重建了过去 500 万年中亚降雨量的变化。沉积层序中保存的信息为理解全球气候的陆地-水反馈提供了缺失的环节。

古研究员 Charlotte Prud'homme 直到最近才在马克斯普朗克化学研究所工作，现在是洛桑大学的研究员，他解释说：“我们在哈萨克斯坦东南部的查伦峡谷发现的 80 米厚的沉积层序为我们提供了几乎连续记录了 500 万年的气候变化。这在陆地上是非常罕见的!” 交替的灰尘和土壤层在一个地方提供了欧亚主要气候系统之间长期相互作用的第一个可靠证据。

“在过去的 500 万年里，欧亚的陆地表面似乎对陆地-大气-海洋水循环的贡献比以前承认的更积极。保存在 Charyn Canyon 的沉积物是淡水流入的试金石。北冰洋，刺激潮湿的气团通过西风气流从北大西洋运回陆地，”通讯作者 Prud'homme 说。研究结果现已发表在科学杂志《通讯地球与环境》上。

研究人员将研究重点放在上新世和更新世时期。五到 260 万年前的上新世代表了人类世气候条件的最佳类似物：这个地质时期是大气中二氧化碳浓度最后一次与今天相当，大约为百万分之 400 (ppm) . “这就是为什么我们从查伦峡谷沉积物中获得的见解对于了解未来气候至关重要，”Prud'homme 说。

到目前为止，人们对中亚在过去和现在的全球气候演变中所扮演的角色知之甚少。过去五百万年来地球的气候演变主要是从海洋机制的角度来理解的。相比之下，起源于陆地而非海洋、湖泊或冰芯的气候反馈的重要性在很大程度上仍未得到探索。国际研究团队通过他们在查伦峡谷的实地研究填补了这一空白。

中高纬度气候系统之间的相互作用

研究地点位于中亚中部的地理位置对团队至关重要：“我们需要找到一个内陆且尽可能远离海洋的地方，”陆地小组负责人凯瑟琳·菲茨西蒙斯 (Kathryn Fitzsimmons)马克斯普朗克化学研究所的古气候重建研究小组解释说。“我们几乎找不到比哈萨克斯坦东南部的查伦峡谷更具有性的情况了。” 峡谷的半干旱气候及其景观是由中纬度西风带和高纬度极地锋之间的相互作用以及附近天山山脉输送的沉积物形成的。根据 Fitzsimmons 的说法，Charyn Canyon 是研究长期陆地气候反馈机制的理想选择。

研究人员检查了 80 米厚的沉积层序，并通过绳索取样以确保记录的连续覆盖。通过测量土壤碳酸盐中同位素的相对浓度，他们重建了土壤中水分随时间变化的可用性。古地磁分析和土壤碳酸盐的绝对铀铅测年相结合，确定了沉积物记录的年龄和积累率。土壤样本揭示了过去 500 万年来干旱不断加剧的地区。在上新世早期，土壤比随后的时代或今天的气候明显湿润。然而，这种干旱化过程并不是线性的。

西伯利亚高压和带来雨水的西风带之间的相互作用

Charyn Canyon 的研究使科学家们能够调查西伯利亚高压与带来雨水的西风带的长期相互作用。Fitzsimmons 说：“我们相信，我们在现场发现的土壤湿度变化也可以作为西伯利亚河流向北活动的代表。” 她说，查伦峡谷的水文气候反映了北部草原的水文气候，那里有许多西伯利亚大河，如额尔齐斯河和鄂毕河。它们同样受到西伯利亚高压和西风气团动力学的影响。这种系很重要的一个特殊阶段很突出：恰伦峡谷在大约 330 万年前第一次主要全球冰川作用之前的一段持续潮湿条件。

过去 500 万年来自这个最完整的陆地气候档案的信息为未来的气候模型提供了非常有价值的基础。“我们打开了一扇门，”Prud'homme 总结道。