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2021-03-09 作者:地理與海洋科學學院 來源:科學技術處

地理與海洋科學學院博士生重建我國東北地區氣候變化取得進展

我國幅員遼闊,區域氣候差異大,受東亞季風環流主導的氣候變化,對我國經濟和社會發展有重要影響。揭示亞洲季風氣候變化規律和驅動機制,是重要的和前沿的科學問題,受到地學領域研究者的高度重視,也存在不少世界性難題。然而,由於器測記錄時間短,人們對百年前的氣候變化知之甚少。最近,我校地理與海洋科學學院博士生雷昉等應用內蒙古赤峯地區黃土堆積的硼同位素變化,重建過去~80萬年以來東亞季風氣候變化,取得了重要進展。

我國東北地區的夏季降水主要受東亞季風環流控制。在夏季,隨着太陽輻射在北半球增強,亞洲海陸熱力差異增大,強勁的東亞夏季風環流形成,夏季風從海洋吹向陸地、並攜帶大量的水汽在我國華南、長江流域、華北和東北地區形成降水降落,影響區域生態和環境。季風強弱變化與區域降水量變化密切相關。源自於海洋的水汽含有硼元素,硼元素的同位素在海洋蒸發、水汽傳輸、降水等過程中,發生分餾,其同位比值可作為水汽源區和降水量變化的指示。研究表明,海洋中的硼同位素(d11B)值可達~40, 亞洲季風區陸地降水的硼同位素為~17, 在水汽傳輸和降水過程中,由於“雨除效應”,硼同位素值降低。雷昉同學等前期研究還發現,黃土高原土壤中硼同位素變化與當地降水量顯著相關。因此,硼同位素可以作為指示過去東亞季風降水變化的替代指標。

基於上述原理,雷昉同學等對內蒙古赤峯地區一個典型的黃土-古土壤剖面進行了深入研究(1,圖2),他們對剖面進行了系統分析,測試了其中酸溶相物質的硼同位素並對來自降水的硼、礦物風化產生的硼以及黃土碳酸鹽中的硼進行了全面評估,最後根據同位素質量平衡反演重建了過去降水量變化。結果發現,在温暖的間冰期,降水硼同位素偏正,指示當地夏季風增強,降水量增大;反之,在寒冷的冰期,降水硼同位素偏負,夏季風減弱,當地降水量減小。她們,同時,他們發現在距今~43萬年前後,東北地區季風降水的型式發生了顯著變化,並把這一現象歸因於北半球平均冰量變化、全球温度變化、熱帶輻合帶移動等驅動的結果。雷昉同學等應用黃土硼同位素作為季風降水量替代指標、以及發現的季風降水在~43萬年前後的轉型,都具有很強的創新性,得到了國際同行的認可。

1. 研究區地理位置(a)、自然地理環境(a)、黃土-古土壤剖面(b)和黃土-古土壤序列的磁性變化(c)

2. 我國內蒙古赤峯地區黃土-古土壤序列硼同位素(d)與同剖面粒度(c)、磁化率(b)、以及洛川黃土磁化率(a)、中國南海沉積物K/Al比值 (e) 、石筍氧同位素 (f)、全球大氣CO2(g)、海洋氧同位素綜合(h)、南極冰蓋氫同位素(i)、南極温度變化 (j)、中國南海海表温度變化 (k)、北冰洋的海冰變化 (l)的對比(具體內容請閲讀原文)

近期,他們的研究結果發表在國際知名學術刊物《地球與行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)上。我校地理與海洋科學學院雷昉同學是論文第一作者,鹿化煜教授和我校地球科學與工程學院魏海珍教授級高工是論文的通訊作者。參加這項研究的還有我校地理與海洋科學學院弋雙文教授級高工、魯東大學曾琳副教授。這項研究得到了國家重點研發計劃項目“過去氣候變化定量重建方法和我國區域氣候重建”和國家自然科學基金項目的聯合資助。

論文信息: Fang Lei, Hai-ZhenWei, Shuang-WenYi, Lin Zeng, Hua-Yu Lu. 2021.  Variations of the East Asian monsoon over the past 800 kyr constrained by the boron isotope composition of paleo-rainwater inferred from loess-paleosol deposits in NE China. Earth and Planetary Science Letters, Volume 561, 1 May 2021, 116826.

論文鏈接://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X21000856

論文號碼:  //doi.org/10.1016/j.epsl.2021.116826