千年尺度气候变率受岁差和地轴倾斜度变化影响

四个高分辨率更新世气候变化记录的位置图。论文作者供图

黄土、湖泊和深海沉积的敏感元素比值变化及其与深海δ¹⁸O记录对比。 论文作者供图

万物生长靠太阳，地球气候变化亦是如此。当地球绕太阳运动的轨道发生变化时，地球表面所接受到的太阳辐射能量也随之改变，造成地球上气候发生相应的冷暖波动和风雨变迁。但是，如何去证明这种影响的存在？这种影响又暗含哪些规律？特别是气候突变事件，因其幅度大、速度快、影响广、未来趋势难以预估，备受国际学术界关注。

已有的研究文献表明，陆地、海洋和冰芯等记录揭示出最近80万年地球气候经历了千年尺度快速变化，其振幅与冰期旋回有关。但是在中更新世气候转型之前，全球冰期旋回变幅较小且周期较短，气候快速变化与冰期旋回的关系尚不清楚。中更新世（距今约120万年至70万年)是第四纪冰川演化的一个特殊时期，也是全球气候环境变化从对称的4万年波动转变为不对称的10万年冰期旋回的一个重要时期。

11月1日，《自然—地球科学》（Nature Geoscience）在线发表了中国科学院地球环境所孙有斌团队联合美国、英国和瑞士科学家的最新研究成果，综合分析了来自海洋和陆地四个百年分辨率的元素比值变化序列，探讨了更新世以来千年尺度气候变率特征及其与轨道参数变化的关系。

四个高分辨率记录分别来自北大西洋冰筏事件核心区U1308孔、伊比利亚海岸U1385孔、巴尔干半岛奥赫里德湖（Ohrid）和中国黄土高原古浪黄土。

孙有斌介绍，他们基于末次冰期北半球气候突变事件的同步性，利用中国石笋δ¹⁸O记录作为基准曲线，调整了60万年以来4种元素比值中的突变事件年龄，60万年之前则利用U1308孔Si/Sr比值，作为其他3个记录的年龄靶曲线，构建了4个元素比值变化的同步时间序列。

研究者经对4种元素比值记录的小波分析结果表明，千年尺度变幅在10万 、4万和2万年波段表现出明显的周期性。

“通过对千年尺度变幅与冰量和轨道参数进行交叉小波分析，发现在10万和4万年周期上千年尺度变率明显受到冰量变化调制，尤其是在中更新世气候转型之后。” 孙有斌阐述，“在4万和2万年频段上，千年尺度气候变幅持续受到地轴倾斜度和岁差影响。”

地轴倾斜度(Obliquity)是指地球自转轴（赤道面）与公转轴（黄道面）的夹角，在21.5~24.5°之间缓慢变化，周期约4万年；地轴倾斜度变化影响着地球不同纬度之间太阳辐射入射量差异，较小的倾角意味着高纬地区接受太阳辐射相对较少。

岁差(Precession)表示地球运转时近日点和远日点在公转轨道上做旋进运动，造成春（秋分）点在黄道面上位置变化称为岁差，其进动周期约2.6和 1.9万年；岁差是气候季节性变化的主要诱因，造成南北半球四季正好相反。

论文作者将4个元素比值归一化后进行整合，生成陆地—海洋集成记录，从而揭示出千年尺度气候变化在过去150万年持续存在，气候突变事件的数量和幅度在冰期和间冰期不同气候背景下有显著差异。在中更新世之前，气候突变的剧烈程度主要受到岁差和地轴倾斜度变化的影响，而到中更新世之后全球冰量和轨道参数均可调制千年尺度气候事件的变化幅度。

相关专家认为，该研究整合了来自海洋和陆地对气候突变敏感的高分辨率元素地球化学记录，构建了一个更新世千年尺度气候变化代表性序列，发现千年尺度气候变率不仅受冰期—间冰期下垫面的强烈调制，而且也受到岁差和地轴倾斜度变化的持续影响，为评估轨道和千年气候变化之间的动力关联提供了关键地质证据。

相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41561-021-00794-1