地球環境所利用石筍記錄揭示中亞東部地區全新世氣候變化歷史

中亞（包括我國新疆地區）氣候乾旱，生態系統脆弱。中亞地區的大氣環流不僅是聯繫亞洲季風氣候和北大西洋氣候的紐帶，同時也在東亞粉塵傳輸中起重要作用。深入理解中亞地區氣候變化歷史，對該區水資源評估具有重要意義。然而，對於中亞乾旱區過去氣候變化的認識尚存在較大爭議，這極大地阻礙了對中亞氣候變化機制的理解。

中國科學院地球環境研究所研究員蔡演軍聯合國內外同行，以我國新疆科桑洞石筍為研究對象，建立了中亞東部地區全新世石筍碳、氧同位素變化序列。結果顯示，石筍氧同位素在早中全新世（10000-3000 a BP）明顯偏負，3000-2000 a BP逐漸向偏正發展，2000年以來維持偏正的狀態。通過和其他地質記錄的對比，結合最新模型的數值模擬結果，他們認為科桑洞石筍早中全新世氧同位素的變化主要反映了水汽源區的氧同位素值以及區域降水變化，而非降水的季節性變化：早中全新世增強的西風急流導致中亞西部地區冬季降水增加，氣候濕潤，並使得降水中的O-18貧化；這使得一系列水域和湖泊，包括鹹海、裏海、地中海等再蒸發水汽中的O-18貧化；這些水汽向東傳輸，經過天山山脈的抬升作用，形成降雨，最終導致中亞東部地區包括我國新疆降水中的O-18的貧化；同時，增加的濕度一方面能夠使得水汽在傳輸過程中仍保持O-18的貧化，另一方面還能通過減弱雲下和地表的再蒸發作用，進而造成降水/石筍氧同位素值在早中全新世的偏負；另外，早中全新世強盛的印度季風也可能使得氧同位素值偏負的水汽傳輸到中亞東部地區，儘管佔比較小，也可在一定程度上導致科桑洞石筍氧同位素值的偏負。總之，科桑洞石筍氧同位素的偏負揭示以夏季降雨為主的中亞東部地區在早中全新世氣候較濕潤，與以冬春降雨為主的中亞西部地區變化基本一致，西風急流、中亞西部降水的再傳輸和地形影響是造成這一現象的主要原因。

蔡演軍等進一步提出，隨著晚全新世周邊地區降雨的減少，輸送到中亞東部地區的水汽減少，氣候變干，石筍以及其指示的降水氧同位素在2000年之後開始主要受控於溫度變化。樓蘭、米蘭等在漢代興盛一時的古城的廢棄，則可能和該區500 AD左右的高溫乾旱氣候有關。

這一成果發表於國際地學期刊《第四紀科學評論》上 (Cai, Y. et al. Holocene moisture changes in western China, Central Asia, inferred from stalagmites. Quaternary Science Reviews, 2017,158: 15-28)。

新疆科桑洞全新世石筍氧同位素記錄（中）及其與其他地質記錄的對比