探秘中亚黄土 发现古气候如何波动
来源:中国气象报   发布时间:2018-05-24
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  本期观点:黄土能准确地记录下其形成时的古气候信息。对位于“一带一路”核心地带的中亚黄土的研究,能使我们充分认识北半球粉尘变化过程,了解尘暴活动发生规律,为预估未来尘暴活动发生时间以及沙尘防治提供科学指导和理论依据。

  本期专家:中国科学院地球环境研究所一带一路国际地球环境研究中心中亚黄土研究组研究员 宋友桂

  采 访 人:中国气象报记者 赵晓妮

  在天山和帕米尔高原的山麓地带和河流阶地上,地质时期的黄土在此沉睡。很多人可能并不知道,在它们酣甜的梦境里,古代气候变化留下了深刻印记。

  中国科学院地球环境研究所一带一路国际地球环境研究中心中亚黄土研究组(以下简称中亚黄土组)是“叫醒”黄土的人。最近,他们联合德国马普化学研究所大陆古环境研究组,对中亚东部的伊犁盆地内一处厚约20米的黄土剖面进行了磁学和沉积学指标分析,发现了黄土粉尘堆积的环境动力机制,也为进一步探讨中亚干旱区的环境变化历史与规律提供了重要依据。

  黄土如同存储古气候信息的“黑匣子”

  黄土,是地质时期矿物粉尘直接堆积和演化的产物。大气环流和气候环境的变化都会影响到黄土沉积物的理化特征。基于这些“印记”,黄土就像“黑匣子”一样,能准确地记录下其形成时的古气候信息。由此,黄土、冰芯与海洋沉积物被并称为古气候学研究的“三大支柱”。

  中亚黄土组在宋友桂研究员的带领下,近年来一直致力于中亚黄土的研究。他解释说,中亚地区是世界主要的黄土分布区之一。该地区处于中纬度西风、西伯利亚高压与亚洲季风的过渡带,当地脆弱的生态环境使其对气候变化十分敏感。如果能打开这个“黑匣子”,就能更清晰地认识在不同地质历史时期影响中亚地区气候环境变化的主导因子,对研究亚洲内陆干旱化、北半球粉尘循环、西风区与季风区气候耦合/去耦合关系等都具有重要的科学意义。

  从更大范围讲,中亚亦是联系北大西洋气候区和东亚季风区之间的重要纽带。这两个气候区的气候事件传输过程的直接证据就隐藏在黄土中,对于揭示其气候遥相关作用机制有很大助益。“中亚黄土的研究,拓展了我们对黄土形成动力机制的新认识。”宋友桂说,中亚黄土分布区的地形差异较大,但却是研究黄土粉尘堆积过程的极佳天然场所,不同地形或地貌背景下黄土沉积的发育情况之间的对比,有利于深入了解粉尘的搬运和堆积条件,进而为现代沙尘天气的治理提供自然背景下的科学依据。

  千年尺度气候信号可通过高纬度的西伯利亚高压传递

  在距今大约260万年的第四纪,生物界的面貌已接近现代,但气候却并非全然稳定。在千年尺度上,北大西洋气候曾发生过一系列急剧变化,且波及到更广区域甚至全球。当时的气候是如何变化的?我们并没有史料记录,而黄土却可以成为忠实的“记录者”。

  气候变化会把黄土改造成土壤,成壤过程中生成的纳米级磁性颗粒浓度和含量的变化可能会对气候的不同参数有不同的敏感度。黄土磁化率的增强模式一直是黄土磁学研究的热点问题。比如在我国典型黄土分布区——黄土高原,目前认为遭受成壤作用的红色古土壤层比黄土层具有更高的磁化率值,因而指示了古土壤形成于气候温暖湿润的夏季风强盛期。

  但黄土高原的黄土磁化率增强模式却并不能完全用来解释其他一些地区的黄土磁化率升高现象。中亚黄土组研究发现,在干旱的中亚地区,黄土磁化率的变化主要取决于由风搬运而来的原始碎屑的磁性矿物颗粒浓度,风力增强,带来的碎屑磁性矿物增多,使得磁化率升高。也就是说,中亚黄土磁化率值可能主要受控于风力强度的变化。

  研究团队发现,西伯利亚高压系统对黄土粉尘堆积的风动力环境起着主导作用。“每当西伯利亚高压系统扩张南下,其增强的高压所产生的冷空气前锋与北上的暖气流形成强烈的温度和气压差异,而这种差异使得地面气流产生强烈的对流运动,引起气压槽的发展,加之中亚干旱少雨、植被稀少,土质疏松,为沙尘暴形成提供了粉尘物质来源,由此造成了大风天气和沙尘暴的暴发。”宋友桂说。

  这也给了我们机会重新认识北大西洋千年尺度事件的传播机制。宋友桂解释说,北半球高纬度地区是响应于北半球太阳辐射变化的敏感地带,辐射量的减小,会导致北大西洋高纬度地区以及北极地区的巴伦支海与喀拉海的冰量增加,由此造成大陆表面反射率的增加,使得温度进一步下降,进而加强了西伯利亚高压,造成受西伯利亚高压影响的中亚和东亚地区沙尘天气频率和强度的增加,这样一来,使得北大西洋千年尺度气候突变事件被传播到中亚和东亚地区。

  “过去”的黄土隐含未来气候变化的密码

  如今,随着“一带一路”倡议的全面推进,了解周边地区的环境变化已然十分迫切。

  “中亚地区位于‘一带一路’的核心地带,研究中亚地区粉尘变化历史,获得粉尘排放的自然本底变化规律和机制,由此能够更好地评价人类活动对粉尘释放的贡献和影响;了解尘暴活动发生规律,为预估未来尘暴活动发生时间以及沙尘防治提供科学指导和理论依据。”宋友桂说。

  当然,对中亚黄土的研究能使我们充分认识北半球粉尘的变化过程,进而了解粉尘排放的自然驱动机制,对于揭示粉尘循环在全球变化中的作用及其环境效应具有重要意义。“若不能准确把握过去粉尘排放过程,将会直接导致我们对粉尘在当前和将来气候变化中所扮演角色的认知缺陷。”

  另一方面,通过中亚黄土来认识中亚内陆干旱区古环境变化,科学家还能够对干旱化与西风、北极和亚洲季风等大气环流系统关系与作用机制有深刻的认识,补充完善我国和全球范围的气候变化研究体系,为研究季风-干旱环境变迁的动力机制和环境效应提供新证据,为认识中亚干旱区现代气候和未来气候变化的预测提供地质背景。

  (来源:《中国气象报》2018年5月24日三版 责任编辑:王美丽)

  

  

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