中国第四纪黄土的研究揭示：北半球每40万年会经历超长的温暖气候期
40万年前后黄土粒度和磁化率显示北极冰盖滞后全球冰期发展至少2万年，指示北半球在这一时期至少持续了6万年。
上周，英国《自然》杂志发表了中国科学院地质与地球物理研究所副研究员郝青振等人的研究成果。在国家自然科学基金的持续资助下，郝青振团队根据对我国第四纪黄土的研究揭示，北半球每40万年会经历超长的温暖气候期，这与地球运转轨道变化具有40万年周期，引起北半球太阳辐射变化幅度减少有关。由于当前地球正开始经历新一轮的太阳辐射变幅最小期，即使不考虑人为增加的大气二氧化碳影响，北半球温暖的间冰期气候可能还会持续约4万年。
寻找环境相似型
长期以来人们一直希望找到地质历史时期的“环境相似型”来推测未来气候的发展趋势。
科学家们对古气候的研究发现，第四纪时期地球气候是冰期（寒冷期）、间冰期（温暖期）交替出现，这源于北极冰盖的增长与消融。如何获得更老时期高纬气候和北极冰盖演化的信息，成为地球古气候变化研究的重大命题，这方面的研究对认识北极冰盖的未来发展趋势也具有重要的现实意义。
被冬季风带来的粉尘降到黄土高原时，如果处于温暖的间冰期，黄土就会受到较强的风化作用，逐渐演化为古土壤，否则仍是黄土层，古土壤和黄土层的化学成分和其中包含的古生物遗存信息也不同。
“刘东生院士对黄土的研究成果让我们有了一个认识黄土层的标尺，黄土层记录了不同时间尺度的古气候信息。”郝青振对《中国科学报》说，“我们的研究发现，如果从轨道尺度（万年、数万年）来看，北极冰盖大规模增厚，一定对应西伯利亚冬季风的增强，冬季风变强就会带来更大、更粗的黄土颗粒。”
地球绕太阳公转过程中，太阳辐射变化幅度有约40万年的周期，当前地球处在太阳辐射岁差周期性（约2万年）变化幅度最小的时期，这种状况每隔40万年出现一次，是地球轨道偏心率40万年长周期调控的结果。因此，本世纪初40万年前后的间冰期环境演化成为全球古气候研究的一个焦点。
“古气候研究领域最大的发现即太阳辐射周期性变化引起太阳能量在地球上不同区域和季节的分配变化，是气候变化的基本外部原因。根据这一原理，要推断未来的气候，可以研究太阳辐射相似的变化。”郝青振说。
气候冷暖
黄土知
全球古环境研究面临的重要任务之一是研究太阳辐射驱动与现今相似的地质历史时期北极冰盖的变化规律，来推测未来气候的变化趋势。但这些时期北极冰盖具有怎样的演化规律目前还不清楚，不同地区地质记录、模型模拟结果存在显著差异，至今没有对这个时期的温暖程度、间冰期长度等问题形成统一的认识。更为重要的是，这种太阳辐射变化的相似性是否在地球环境系统的演化过程中产生过重要的作用，并在地质记录中具有重现性和周期性，是运用相似型方法预测未来气候的关键。
郝青振及其合作者对黄土高原中部地区的西峰驿马关和洛川坡头黄土剖面开展研究，利用黄土粗颗粒含量和频率磁化率重建了高分辨率的冬、夏季风变化的历史。研究人员发挥我国黄土记录的优势，利用冬季风变化与北极冰盖的联系，详细研究了90万年以来不同冰期北极冰盖增长的规律，在距今约40万年附近，全球进入“冰期”后，黄土粒度指示北半球仍然处于间冰期的温暖状态，表明北极冰盖的增长滞后于全球冰期的发展，滞后时间长达２万年。这种现象不仅发生在40万前，也发生在80万前太阳辐射变幅最低的时期。
研究表明深海氧同位素显示的冰期实际上可能是南极冰盖率先发展的结果。这项工作对进一步深入理解第四纪时期全球气候变化过程和动力学机制等具有重要学术价值，对探讨未来海平面长期自然变化趋势也具有现实意义。
该研究进一步提出，太阳辐射变化幅度降低、驱动变弱是造成40万年前、80万年前北极冰盖滞后发展的根本原因。已有地质证据与气候模式研究发现，北极冰盖的演化受到地球轨道要素配置的综合影响，但是北纬夏季太阳辐射降低是冰盖增长的根本原因。在太阳辐射变幅减小的时期，其最低值高于冰期形成的阈值，这就使得在40万年前、80万年前北极冰盖难以和全球冰期同步发育。
上述结果为推断未来北半球冰期来临的时间提供了关键证据。与40万年前后相比，未来6万年太阳辐射的变率更低。根据北极冰盖响应太阳辐射变化的周期性规律，不考虑人为增加的大气二氧化碳浓度的影响，北半球目前温暖的间冰期气候可能至少还会持续约4万年的时间。
“我们研究40万年前和80万年前环境的相似型较高，北极冰盖对这种太阳辐射变化的响应是相同的。”郝青振说，“在120万年前至70万年前之间，地球气候主导周期逐渐向10万年左右变化，从70万年开始，地球正式稳定在10万年为周期的变化（冰期加间冰期），因此40万年前的古气候信息，对今天更有指导意义。如果我们通过一些技术手段，把土层中40万年前的古气候环境信息解读出来，就可以推知未来的气候趋势。”
郑见 中国科学报
