海洋所揭示過去2200年黃河流域人-自然交互史的南黃海記錄
近日,國際地學(xué)刊物《全球與行星變化》(Global and Planetary Change)在線發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所海洋沉積與古氣候研究組在黃河流域人地關(guān)系演化方面的最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)與英國倫敦大學(xué)學(xué)院、美國北卡羅來納州立大學(xué)、中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所等單位開展合作,基于南黃海的高分辨率沉積記錄,系統(tǒng)揭示了過去2200年人類活動在黃河流域化學(xué)風(fēng)化和火活動等方面留下的地質(zhì)烙印,展現(xiàn)了人地關(guān)系的復(fù)雜演變。
理解人類活動與自然環(huán)境的交互關(guān)系,是預(yù)測當(dāng)前全球變化背景下地球系統(tǒng)未來如何演變的關(guān)鍵。黃河流域作為中華文明的搖籃,其悠久的人類活動史是研究人地關(guān)系的理想?yún)^(qū)域。然而,對于過去幾千年人類活動顯著增強(qiáng)的關(guān)鍵時(shí)期,特別是百年到十年尺度的精細(xì)變化,相關(guān)認(rèn)識主要依賴于文獻(xiàn)記載,這往往受限于記錄者的主觀性和記錄的不連續(xù)性。因此,獲取能客觀反映人-自然交互關(guān)系長期演變的高分辨率地質(zhì)記錄,將有助于厘清人地關(guān)系演變的復(fù)雜歷程。
研究團(tuán)隊(duì)以南黃海山東泥楔的沉積物巖芯為研究材料,通過AMS 14C定年、粘土礦物、常微量元素和Sr-Nd同位素、黑碳含量及碳同位素分析,重建了過去2200年以來黃河流域的高分辨率化學(xué)風(fēng)化和火活動演化歷史。結(jié)果顯示,化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度總體受控于氣候,但鉀元素的淋濾自公元580年(隋朝)以來與氣候變化解耦而呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢,并在寒冷的明清時(shí)期達(dá)到頂峰。這暗示流域農(nóng)業(yè)活動對化學(xué)風(fēng)化的擾動,如農(nóng)作物通過收獲或秸稈焚燒等方式移除了土壤中大量鉀元素,迫使含鉀礦物加速風(fēng)化。此外,黑碳揭示過去2200年黃河流域的火強(qiáng)度呈現(xiàn)長期減弱趨勢,源于森林砍伐導(dǎo)致的流域植被減少。特別是,研究人員發(fā)現(xiàn)自公元1350年(明朝)前后,火的燃燒類型和植被組成類型均發(fā)生了顯著變化。煙炱/焦炭比值指示的火類型在1350年從以氣候主導(dǎo)的低溫燜燒,轉(zhuǎn)向更多人為引發(fā)的高溫明燒。與此同時(shí),黑碳的碳同位素組成呈現(xiàn)明顯正偏趨勢,指示燃料來源從C3天然木材轉(zhuǎn)變?yōu)楦吡?、玉米等C4作物秸稈。這一轉(zhuǎn)變反映了隨著明清人口急劇增長,人類為應(yīng)對糧食和燃料危機(jī)而進(jìn)行的種植和能源革新。鉛含量記錄也顯示,過去2200年來重金屬輸入持續(xù)加劇,尤其是在1350年之后更為顯著。這一趨勢與歷史上明清以來冶金活動、金屬工具制造等工業(yè)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。

圖 1 ?黃河流域和南黃海研究站位圖

圖 2?過去2200年黃河流域化學(xué)風(fēng)化歷史

圖 3?過去2200年黃河流域火(強(qiáng)度、類型、燃料組成)歷史

圖 4?過去2200年黃河流域人類活動對自然環(huán)境的擾動歷史
該研究通過化學(xué)風(fēng)化、火活動和重金屬輸入三個(gè)維度所揭示的人類活動強(qiáng)度演變序列,與前人關(guān)于森林覆蓋率、農(nóng)業(yè)擴(kuò)張、水土流失及沙塵暴頻率的記錄相互印證,共同揭示了過去2200年來人類活動對黃河流域環(huán)境演變的顯著影響。這些擾動過程勢必在一定程度上改變了物質(zhì)、元素的流動與循環(huán)格局。這一長視角的歷史證據(jù)表明,人類通過農(nóng)業(yè)發(fā)展和能源革新,在增強(qiáng)社會適應(yīng)能力的同時(shí),也深刻改變著地球表面的諸多自然過程,并付出相應(yīng)的環(huán)境代價(jià)。本研究為理解人類世的地球系統(tǒng)運(yùn)行提供了關(guān)鍵案例,也警示我們在尋求可持續(xù)發(fā)展的今天,需要更加重視人與自然和諧共生的發(fā)展路徑。
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士后裴文強(qiáng)(現(xiàn)在西華師范大學(xué)工作),通訊作者為萬世明研究員和張晉特別研究助理。本項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。
論文信息:
Wenqiang Pei, Shiming Wan*, Peter D. Clift, Jin Zhang*, J. Paul Liu, Yongming Han, Debo Zhao, Zhendong Luan, Zhaojie Yu, Zehua Song, Anchun Li,High-resolution marine records of human-nature interactions in the Yellow River Basin since 2.2 kyr ago,Global and Planetary Change,2025,105143.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818125004527
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