西安交通大学人居学院、全球环境变化研究院同位素实验室团队利用碳酸盐U-Pb绝对定年法将亚洲季风区石笋记录延伸至过去69万年，迈出了中国石笋记录向“深时”探索的第一步，结合全球气候系统其他记录综合分析，揭示了千年尺度气候事件在不同大西洋经向翻转环流（AMOC）、CO₂和冰盖背景下的变化规律及其全球关联，成果以“Millennial-scale climate variability of the Asian summer monsoon over the last 690,000 years: insights from cave records”为题发表于Science Bulletin。

亚洲季风变化影响着数十亿人的生产生活，科学家们一直在努力破解其复杂的变化规律。此外，千年事件以及大西洋经向翻转环流（AMOC）突变性成为近年来气候变化研究的热点之一。洞穴石笋氧同位素（δ¹⁸O）高分辨率记录在研究亚洲夏季风的轨道和千年变率方面取得了诸多重要进展。考虑到U-Th定年方法的适用范围，此前研究最早追溯到64万年前，限制了我们对第四纪（过去260万年）以来亚洲季风演化的认识。

图1. 研究区域及样品。（a）三宝洞（SB，110°26′E，31°40′N）和水西洞（SX，106°23′E，27°3′N）的洞穴位置。（b）研究石笋样品切面图。（c）研究人员于2023年在水西洞内的合影（王可欣拍摄）。

西安交通大学同位素实验室团队充分发挥年轻科研人员潜力，以博士生为骨干发展了年轻碳酸盐高精度U-Pb定年方法，为更老时段的石笋研究提供了关键技术支撑。他们利用来自中国湖北和贵州地区的洞穴石笋（图1），首次重建了过去69万至60万年的高分辨率石笋气候记录，进而深入研究了千年尺度亚洲季风演化及其与太阳辐射、AMOC以及南-北高纬气候变化的耦合关系。

图2. 过去69到60万年的洞穴石笋氧同位素（δ¹⁸O）记录和其他记录的对比。（a）该研究提供的石笋δ¹⁸O记录（绿色）和太阳辐射变化（粉色）。（b）石笋记录中指示的千年尺度亚洲夏季风变率。（c）和（d）北大西洋冰筏碎屑变化。（e）南极冰芯氢同位素（δD）记录。（f）大气CO₂记录。（g）海洋底栖有孔虫记录。灰色条带表示冰期终止期Ⅶ，其他条带表示调节千年变率振幅变化的三种CO₂和冰量条件。橙色和蓝色水平条带分别表示中等冰期条件下的CO₂和冰量状态。

研究表明过去69万至64万年的千年尺度弱季风事件与北大西洋变冷和南极变暖的耦合关系与过去64万年没有显著差异，尽管根据北大西洋冰筏碎屑来源的变化推测AMOC可能在64万年前发生了路线转移（图2），这一结果为我们研究AMOC的控制因素及其级联提供了新的认知。该研究还强调了AMOC减弱事件及其引发的亚洲季风减弱与每个岁差尺度太阳辐射的减弱均相关联，并不仅仅限于间冰期结束时太阳辐射的减弱。此外，大气CO₂和全球冰量作为关键因素在深海氧同位素16阶段中依然起到调节千年事件变幅的作用（图2）。研究进一步将石笋δ¹⁸O记录与其他亚洲夏季风记录进行对比，发现不同记录的千年事件及其振幅存在差异，研究人员认为该差异可能是由于不同指标只记录了季风系统的某一方面，即动力学、热力学特质又或两者的混合特征。

该研究首次突破了亚洲石笋记录U-Th定年的上限，打开了中国石笋记录“深时”探索的大门。这将进一步夯实石笋作为古气候研究中继海洋沉积物、冰芯和黄土之后的第四大支柱的重要地位，为我们更好地理解地球气候系统演变规律提供关键的低纬水文循环数据和准确的时间标尺。

论文第一作者为西安交通大学博士研究生牛晓雯，通讯作者为程海、张海伟教授。这项研究成果依托于国内外多所高校的共同合作，合作单位包括西安交通大学、同济大学、中国科学院地球环境研究所、美国加州州立大学、澳大利亚墨尔本大学、中国科学院地质与地球物理研究所、中国石油杭州地质研究院、美国明尼苏达大学等。研究得到了黄土科学全国重点实验室（中国科学院地球环境研究所）主任基金、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、澳大利亚研究理事会的联合资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.02.011