兰州大学科研团队发现中晚全新世气候变化新证据

　　温度对地理环境具有重要影响，而全新世温度变化研究结果扑朔迷离，迫切需要深入研究。盘星藻（Pediastrum）在淡水湖泊中分布广，易于分辨，对生境要求单一性、较大的种间差异性和较短的生命周期使得它们能迅速响应水体环境变化，因而是潜在的古气候和环境变化代用指标，但相关研究相对较少。结合今年年初课题组在《古植物学和孢粉学综述》（Review of Palaeobotany and Palynology）杂志上发表的中国和蒙古西部43个水体（湖泊和水库）盘星藻现生种、变种的大尺度空间范围调查结果，发现年均温是影响现代盘星藻物种组成和空间分布的最重要环境变量，从而发展了盘星藻种类变化指示古温度的潜力。本次研究又调研了大量文献，查明盘星藻种类的分布情况，明确了单角盘星藻（P. simplex）是一种嗜热种，二角盘星藻（P. duplex）是次嗜热种，短棘盘星藻（P. boryanum）属于广温种。博斯腾湖是中国最大的内陆淡水湖，对区域气候和环境变化异常敏感，其沉积物中保存有大量气候和环境信息。利用2004年和2019年博斯腾湖沉积岩芯BST04H/BST19B盘星藻组合变化，结合同一钻孔自生碳酸盐团簇同位素Δ47重建的绝对温度变化，课题组首次根据盘星藻嗜热种P. simplex等重建了区域中晚全新世温度波动，发现在~4.7-4.3 ka气候异常温暖，P. simplex在4.2-4.1 ka和3.6-3.5 ka期间的减少或消失则表明气候变冷，该重建结果得到同一钻孔自生碳酸盐团簇同位素Δ47重建的温度变化以及青藏高原、黄土高原其他古气候记录的支持（图1）。
　　图1 博斯腾湖盘星藻嗜热种P. simplex与其他气候记录对比
　　(a)北美和欧洲的年均温集成（Marsicek et al., 2018）;(b)青藏高原普若岗日冰芯δ18O记录（Duan etal., 2012）;(c)博斯腾湖BST04H孔碳酸盐δ18O记录（Zhang et al.,2010）;(d)博斯腾湖XBwu46孔介形虫Sr/Ca（MischkeandWünnemann,2006);(e)BST04H孔介形虫Candonaneglecta浓度；(f)博斯腾湖BST19B孔团簇同位素Δ47的温度距平;(g)博斯腾湖BST04H孔碳酸盐含量；(h)博斯腾湖BST04H孔P. simplex浓度。①-②分别表示4.2–4.1和3.6–3.5 kyr冷事件，红色阴影表示温暖的气候时期。
　　结合考古资料发现，温暖气候促进了史前人类在相对寒冷的阿尔泰山及周边地区活动；极端变冷事件可能触发了阿尔泰山地区史前人群向南迁徙，才使得南北疆盆地绿洲出现早期文明（图2）。
　　图2 中晚全新世温度变化对中国西北地区史前遗址点及其14C年代点时空分布的影响
　　(a)新疆及周边地区发表的具有14C年代的考古遗址（0CE前）分布；(b)14C年代（0CE以前）在纬度上的时间分布（绿色、蓝色和红色点分别位于阿尔泰、天山和塔里木盆地）；(c)具有14C年代的考古遗址柱状图（A.阿尔泰、B.天山、C.塔里木盆地），（D）博斯腾湖BST19B孔团簇同位素Δ47的温度距平，（E）和（F）分别博斯腾湖BST04H孔P. duplex和P. simplex浓度。
　　同时发现，我国北方季风边缘区黄土高原和青藏高原的一系列文化更替可能与中晚全新世的温度变化有关，如温暖气候为我国新石器文化鼎盛、宗日文化在青藏高原出现提供了气候条件，而冷气候事件则迫使人群南向迁徙、技术更新、生业模式转换，开启了我国青铜时代，促进东西方文化交流。
　　本研究对盘星藻种属分布及气候意义的调查和博斯腾湖盘星藻沉积记录的解译，对盘星藻作为古生态指标的未来应用具有重要意义；本研究发现的中晚全新世气候变化及其与文明演进的关系对环境考古和古气候研究提供了重要的证据。研究成果于今年6月份在第四纪科学期刊《第四纪科学评论》（Quaternary Science Reviews）第265卷在线发表。该成果主要由国家自然科学基金重大项目课题《人类世的历史背景》（41991251）、中国科学院战略性先导科技专项A联合攻关项目（XDA20090000）、国家重点研究发展计划（2017YFA0603403）和国家自然科学基金面上项目（41977390）资助。该项工作在陈发虎院士指导下完成，部分研究工作始于17年前，兰州大学资源环境学院黄小忠教授为该文章的第一作者和通讯作者，福建师范大学雷国良副教授为共同通讯作者，博士生向丽雄、黄宠等重新鉴定了详细的盘星藻类型，来自复旦大学的迈克尔·斯托罗苏姆（Michael Storozum）博士和蒙古国科布多大学的楚伦巴特·蒙克巴亚尔（Chuluunbat Munkhbayar）博士，奥特贡巴亚·登贝雷尔（Otgonbayar Demberel）副教授以及来自中科院西北生态环境与资源研究院的陈雪梅博士、兰州大学的张家武教授、陈建徽教授、研究生仇梦晗、张军、孙明杰等参与了部分工作。据悉，黄小忠教授课题组在人类世历史背景、人地关系演化研究方面，今年已在GRL, LDD, QSR,JHE, RPP等期刊上发表论文，其中LDD上发表的北方地区历史时期农牧转换地质证据及驱动机制已被选为封面文章。
　　相关成果链接：[1]   https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379121002614  [2]  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034666721000208  [3]  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL092288  [4]  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ldr.4007  [5]  https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0047248420302098
　　内容来源 | 资源环境学院