在黄土高原上一个静谧的小湖泊底部，埋藏着一把“钥匙”，它可以开启距今14700年以来的旧石器末期和新石器时代的古气候记忆之门。近日， 兰州大学陈发虎团队在湖泊岩心中找到了这把“钥匙”，重建了14700年前至今东亚夏季风导致的降水变化，首次提供了东亚夏季风演变的直接证据，准确还原了仰韶文化的气候和自然环境孕育背景，对这一学术界和公众极为关注的科学问题提出了新认识。该成果18日发表在Nature集团旗下《科学报道》 （Scientific Reports）杂志。
东亚夏季风的强度变化，控制着 该地区水文和生态变化。东亚夏季风导致的降水异常可能引发严重的旱涝灾害，从而对世界三分之一人口的经济和社会活动产生显著影响。在未来全球变暖趋势下， 东亚夏季风降水会如何变化？这是学术界和公众极为关注的重要科学问题。而深入理解自然状况下夏季风变化历史和驱动机制，是解答这一问题的前提和基础。
陈发虎介绍，2007年，研究小组就开始寻找这把打开东亚夏季风变化趋势的“钥匙”。此前，利用洞穴中石笋的氧同位素测定过去季风变化信息是国际上普遍认可的方法。可是越来越多的证据表明，石笋氧同位素的控制因素非常复杂，其变化难以反映东亚夏季风演变的真实信号。
开 启古气候变化的“钥匙”到底藏在哪里？经过探索，研究小组将目标锁定在位于山西西部吕梁山上，一个未被人类活动干扰的高山湖泊。“这个湖泊很小，面积只有 0.36平方公里， 最大水深约10米，是一个不受外来河流补给的封闭高山小湖泊，就像一个理想的天然雨量计，客观记录区域的气候和自然环境变化。”陈发虎说，研究小组在冬季 湖面结冰后，在湖中心的冰面上放置打钻平台，向湖底打钻取得约10米长的沉积岩心。回到实验室，研究小组将岩心平均分成一厘米的小段，用碳14对岩心中的 陆生植物残体（树枝、树叶等）进行测年。再利用离心等方法，提取岩心中的孢粉（孢子、花粉），恢复过去的植被变化历史。最终，通过这些植被的变化得出降水 的定量变化曲线图，从而反演了东亚夏季风的演变过程。兰州大学陈建徽博士介绍说，“相对于传统的湖泊记录而言，我们采用了25个陆生植物残体的碳14测 年，重建序列的年代准确可靠；就基于孢粉的降水重建本身，我们采用了国际先进的定量重建和显著性检验技术，重建的降水量变化准确可信；与国际流行的氧同位 素指标相比，我们采用的降水量指标能够直接指示东亚夏季风强度变化。”
结合北半球的温度 曲线图，一副距今14700年前旧石器时代黄土高原的样貌得以还原——那时候，冰雪王国一般的地球正从冰期进入间冰期，气候变暖，冰川逐渐消融。到距今 7000年到5000年，黄土高原迎来了近万年降水最多的时期，华北地区降水量比现代高30%。雨水丰沛，森林茂密，松树、栎树、桦树、云杉、胡桃等植物 交叉错落，以农业为主的仰韶文化正是在这样的气候特征下孕育、兴盛。
从东亚夏季风导致的 降水变化以及温度的整体曲线来看，温度越高，季风越强，降水越多。末次冰消期以来，多次全球性降温事件都导致了东亚夏季风快速衰退和降水骤降，例如在距今 12900-11700年前，地球经历了一个长达1200年的气候强变冷的“春寒期”（新仙女木期），在距今600-150年前，地球经历了距今最近的一 次冰川前进时期（小冰期），当时东亚夏季风降水量均出现了显著降低。而从近些年的观测来看，随着全球变暖，东亚夏季风却呈现出强度减弱，降水量减少的状 况。陈发虎表示，这可能与人类活动造成的温室气体升高引起的驱动机制不同有关。
在季风驱动机理方面，研究小组通过距今8.5千年、6千年和现代的数值模拟发现：东亚夏季风不仅受北半球夏季太阳辐射的驱动，还受高纬度地区冰量变化调制，最近4千年，低纬度地区的厄尔尼诺-南方涛动变化也对东亚夏季风变化产生了重要影响。
据介绍，此项研究是兰州大学陈发虎团队与河北师大许清海团队等国内外多家研究单位的合作研究成果，得到国家自然科学基金委和科技部等机构的共同资助。（来源：科学网 刘晓倩）
论文链接：http://www.nature.com/srep/2015/150618/srep11186/full/srep11186.html
