西安交大科研人员在基于石笋年代建立全球时序标尺方面取得新进展

近日，西安交通大学人居学院同位素实验室程海教授团队联合国际团队，在基于石笋年代建立全球时序标尺工作和海因里希冷事件2（Heinrich 2）气候动力学研究工作中取得了新进展，相关研究以《海因里希冷事件2期间大气-冰-大洋耦合的气候动力学》（Coupled atmosphere-ice-ocean dynamics during Heinrich Stadial 2）为题发表在《自然-通讯》（Nature communications）上。

早期的海洋钻孔研究确认了6次发生于过去6万年的大规模冰山倾泻事件，被称为Heinrich事件。Heinrich事件发生后，大西洋径向翻转环流（AMOC）减弱或关停，大洋向北半球输送的热量减少，这导致格陵兰变冷、亚洲季风减弱、欧洲整体变得更冷、更干，与之相反的是南半球季风增强、南极变暖。Heinrich事件作为显著的气候突变事件，受到了科学界的广泛关注，对这些气候突变事件的研究可为研究未来的气候变化提供历史相似型。著名的电影《后天》描述的就是AMOC关停后产生的极端影响（图1）。但是，目前对Heinrich事件全球气候动力学的研究受到了限制，主要原因是缺少不同边界条件下气候事件的分析，缺少中低纬度高分辨率古气候记录，以及高纬度地区的冰芯记录有很大的年代误差。其中，解决冰芯的年代学问题是重中之重。

为了解决这些限制因素，该研究提供了来自全球8个洞穴的9支石笋记录，涵盖了27000年至22000年前，包括了一个典型的千年尺度的气候事件——Heinrich 2。其中，2支采自印度东北部“世界雨极”乞拉朋齐的石笋具备高精度（<50年的误差）、高分辨率（大约4年）和清晰的年纹层结构（图2）。这两支珍贵的石笋记录被用来校正格陵兰冰芯的年代误差，这是通过石笋δ18O记录与格陵兰冰芯[Ca2+]记录的对比实现的。该研究指出格陵兰冰芯时序需要整体移动+320年（图1），这得到了冰芯火山匹配点和14C年代的支持。相比起冰芯原有的时序误差，新的冰芯时序实现了1个数量级的改进。

基于统一的时序框架，该研究在时域（包括了末次冰盛期）和空域（包括了中低纬度地区）扩展了传统的“两极跷跷板”概念，这对于全面理解气候突变事件期间的半球间耦合具有重要意义，也给模拟工作提供了重要的约束条件。16年前，古气候学家曾在Science撰文，提出对石笋研究的期待：“就古气候而言，过去20年是冰芯的时代，接下来的20年可能是石笋的时代。”因此，该研究工作具有里程碑的意义，是回应长期以来古气候学界对石笋的期待，石笋古气候研究逐步进入系统化、精细化研究阶段，逐渐成为古气候研究的重要支柱之一。

左图：电影《后天》海报；右图：基于乞拉朋齐洞石笋记录对格陵兰冰芯时序的校正

图2 激光共聚焦扫描显微镜下得到的乞拉朋齐洞石笋年纹层图像

西安交通大学人居学院研究生董西瑀为文章第一作者，程海教授和Kathayat Gayatri副教授为文章通讯作者，西安交通大学为第一作者单位和第一通讯单位。

文章连接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33583-4