兰州大学科研人员发现晚中新世塔里木沙漠周期性变绿发生在低偏心率和弱东亚季风时期

日期: 2022-07-22 阅读: 来源: 关键词:

大陆古环境研究中一个最令人兴奋的发现是季风边缘区的沙漠在过去经历了周期性变绿。沙漠变绿被认为给人类走出非洲提供了绿色通道,缓解了游牧文明的水资源压力,减少了游牧文明和农业文明之间战争的可能性。因此,了解沙漠变绿历史及机制是广受关注的重要科学问题。

近期,兰州大学西部环境教育部重点实验室聂军胜教授联合南京大学张肖剑博士、中国科学院大气物理研究所张冉博士和新疆生态与地理研究所肖文交院士,研究发现晚中新世塔里木沙漠周期性变绿发生在低偏心率和弱东亚季风时期,为理解非季风区沙漠变湿现象提供了新的解释,为理解该区域晚中新世的气候变化提供了高分辨率的古环境记录,研究成果发表在《Nature Communications》。聂军胜为本文的第一兼通讯作者,张肖剑、肖文交院士为共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金和第二次青藏高原综合科学考察项目资助。

过去的研究表明,撒哈拉沙漠周期性变绿与非洲夏季风周期性增强有关,对应高偏心率和高太阳辐射时期。与撒哈拉沙漠的情况类似,我国北方沙漠的周期性变绿与东亚夏季风增强有关,也对应高偏心率和高太阳辐射时期。与季风区沙漠相比,非季风区沙漠的轨道时间尺度环境干湿变化知之甚少。Heermance等,(2018)报道了塔里木盆地西北部West Kepintagh剖面存在超过1000米的风成砂为主的地层,年代跨度约为12 ~ 7 Ma,这为评估非季风地区沙漠在高CO2条件下是否经历周期性的变绿提供了一个很好的机会。为此,本研究选取了West Kepintagh剖面风成沙为主的地层(图1)开展了详细的古地磁、环境磁学(图2)和气候模拟研究(图3),获得了以下两点初步认识:

(1)晚中新世塔里木盆地内的沙漠经历了周期性变绿,且湿润时期对应偏心率极小值,与东亚夏季风减弱有关。当地球偏心率极小值时,海洋与陆地的气压梯度减小,东亚季风减弱,但此时蒙古高原反气旋活动频率增加,将水汽沿青藏高原北缘输送到塔里木盆地,导致降水增加,塔里木盆地变湿(图1,2),模拟实验也支持我们对塔里木盆地变湿的解释(图3)。

(2)未来3万年塔里木盆地会变得更加湿润。地球轨道偏心率将在3万年后到达一个新的极低值,这段时期太阳辐射和偏心率变化与晚中新世8.08-8.05 Ma时期相似,因此这段时期塔里木盆地干湿变化对未来气候变化有参考作用。我们通过磁学和其它古环境指标分析发现,塔里木盆地在8.08-8.05 Ma有一个变湿润的趋势,表明塔里木盆地在未来3万年也可能会有变湿的趋势(图4)。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-31577-w

图1. 东亚夏季风较弱时期塔里木盆地的水汽输送增加示意图

图2. 研究剖面的岩性、年代模型和古环境干湿变化记录

图3. 模拟夏季(JJA)降水(阴影,mm day?1)和从地面到700 hPa的水汽输送(矢量,单位:kg m?1 s?1)

图4. 晚中新世期间(8.09-8.03 Ma)夏季太阳辐射、偏心率和硬等温剩磁变化对未来气候变化的启示

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编辑:侯牧晨
责任编辑:彭倩

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