海洋所定量重建三千萬年以來東亞夏季風降水演化歷史
近日,國際地學刊物The Innovation Geoscience《創(chuàng)新地球科學》在線發(fā)表了中國科學院海洋研究所萬世明研究團隊在新生代東亞季風演化方面的最新研究成果。我所研究人員與中國科學院地球環(huán)境研究所、英國倫敦大學學院、同濟大學、美國得州農工大學和法國科學院巖石地球化學中心開展合作,基于國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃在南海北部獲取的IODP U1501鉆孔沉積物,定量重建了3000萬年以來東亞夏季風降水的演化歷史,提出溫度是其長期演變的一級因素,但自早中新世以來東亞夏季風降水演變受到了“全球氣候”和“高原隆升”的雙重驅動,從而揭示了現(xiàn)今東亞宜居氣候環(huán)境形成的原因。

圖1 不同地質時期東亞季風降水對地形和全球氣候變化的響應
目前東亞季風演變機制存在兩大假說:高原隆升學派認為,晚新生代青藏高原的持續(xù)隆升,形成“熱力泵”改變海陸溫差,驅動季風環(huán)流的變化;氣候學派則發(fā)現(xiàn),地球二氧化碳濃度高、溫度高的時期東亞夏季風更強,認為全球氣候是影響東亞夏季風演化的主要機制。然而,因缺少時間尺度足夠長且連續(xù)的高分辨率季風記錄,這兩種因素究竟如何調控東亞夏季風降水演變仍不清楚。針對該問題,研究人員基于南海北部的IODP U1501站位鉆孔沉積物開展了沉積礦物和地球化學以及古氣候模擬的綜合研究。

圖2 研究站位分布及周邊區(qū)域概況圖
研究人員首先基于陸地硅酸鹽礦物在風化過程中的行為特征,即當溫暖濕潤的季風增強(減弱)時,增強(減弱)的化學風化作用使得沉積物中的粘土礦物含有更多(少)的高嶺石和相對少(多)的伊利石這一關系,利用線性回歸方法建立了現(xiàn)代東亞河流的粘土礦物組合與降水、溫度的定量模型。然后將該模型應用到鉆孔沉積巖芯中,剝離了風化指標中的溫度效應,定量重建了3000萬年以來的東亞夏季風降水演化歷史。

圖3 風化(高嶺石/伊利石)剝蝕(沉積通量)指標與基巖、人類活動以及氣候的關系
地質記錄結合古氣候模擬顯示,3000萬年以來,全球氣候的冷暖波動始終調控著東亞季風降水的強弱。但大約2100萬-1300萬年前,喜馬拉雅-青藏高原的劇烈隆升打破了這種狀態(tài)。高原的抬升重塑了大氣環(huán)流格局,強化了東亞夏季風降水,使得即便在晚中新世以來的全球長期變冷的背景下,東亞地區(qū)依然保持著相對濕潤宜居的環(huán)境。這項研究揭示,受大氣二氧化碳濃度調控的全球溫度變化塑造了東亞夏季風降水演變的大趨勢,而喜馬拉雅-青藏高原的地形隆升則像熱力泵,在特定時期顯著改變了季風的表達方式。季風演變是這兩大引擎聯(lián)動的結果:其既受高原隆升的“地形遙控”,也響應于全球氣候冷暖變化的“溫度節(jié)拍”。因此,自早中新世以來東亞夏季風的長期演變受到了全球氣候和高原隆升的雙重驅動。

圖4 3000萬年以來東亞夏季風演化及其與全球溫度和高原隆升的聯(lián)系
基于本研究發(fā)現(xiàn)的東亞夏季風降水與大氣二氧化碳調控的溫度變化的關系,在當前全球變暖的背景下,隨著人類活動導致的二氧化碳濃度的攀升,東亞夏季降水或將會顯著增強,未來應加強對東亞區(qū)域的夏季洪澇災害的應對措施。另外,對于古氣候研究來說,常用的將今論古,以及以古論今論未來等思想的應用,需警惕構造運動可能打破古今氣候韻律演變的規(guī)律,未來研究需謹慎考量地質過程與氣候變化的復雜互動。
論文第一作者和通訊作者為中國科學院海洋研究所萬世明研究員,中國科學院海洋研究所趙德博副研究員和中國科學院地球環(huán)境研究所石正國研究員為共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃和中國科學院戰(zhàn)略先導專項等的資助。
論文信息:
Shiming Wan*, Debo Zhao*, Hualong Jin, Yingying Sha, Zhengguo Shi*, Peter D. Clift, Zhimin Jian, Chang Liu, Carlos Alvarez Zarikian, Christian France-Lanord, Zhaojie Yu, Jin Zhang, Wenjun Jiao, Xuebo Yin, and Anchun Li. (2025). Interactive forces of temperature and topographic uplift shaped the East Asian monsoon rainfall evolution since the Oligocene. The Innovation Geoscience 3:100141.
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https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-geo.2025.100141
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