近日，西安交通大学全球环境变化研究院蔡演军教授团队、联合中国科学院地球环境研究所等单位，在地学领域知名期刊《Global and Planetary Change》发表题为“Holocene climatic optimum structure and precipitation seasonality shift inferred from a multi-proxy stalagmite record in the East Asian monsoon marginal zone”的研究论文。该研究是团队在利用山西龙凤洞石笋生长频率重建末次冰消期水文气候变化历史的基础上（Wei et al., 2020），通过对山西北部迤西洞石笋开展多指标分析，深入探讨全新世气候适宜期内部变化，首次从地质记录的角度揭示了中国北方季风边缘区在中全新世时可能存在降水的季节性转变。

在受东亚夏季风与西风共同作用的季风边缘区，水文气候对全球变化的响应极为敏感且复杂。为了深入理解该区域在全新世气候适宜期（HCO）的气候变化过程和机制，团队以山西迤西洞（39°19′ N, 111°35′ E）的两根石笋（YX-14、YX-20）作为“地质档案”（图1），综合运用精确U-Th定年、稳定同位素（δ¹⁸O, δ¹³C）、微量元素（LIBS技术）及平均生长速率分析等方法，旨在识别气候变化的不同方面，协调并理解古气候研究中不同载体之间的差异与联系。

研究首先确认，石笋YX-14的主要连续生长期为~9.6–5.9 ka BP（图2），其时限与邻近的龙凤洞石笋生长频率峰值期、公海湖的高湖面期高度吻合，并具有与其他亚洲季风边缘区记录一致的幕式沉积特征，共同将中国北方季风边缘区的HCO锁定在该时段，为后续多指标研究提供了可靠的年代标尺。

石笋δ¹⁸O记录的主导周期揭示出HCO内存在一个持续且稳健的准500年周期，并且其相位关系在“8.2 ka事件”时与全球多地的记录一致（图3），体现了全球气候事件的区域响应；而在其他时期，其相位关系呈现区域差异（图3），反映了太阳活动驱动通过AMOC、ENSO等海气耦合过程对区域气候产生的复杂调制。

本研究最突出的发现，在于揭示了约7.8 ka BP前后区域降水模式的重大转型。研究发现，在此时间点之后，指示区域水文条件趋于干旱的指标（如石笋δ¹³C值和微量元素比值）显著上升，但与此看似矛盾的是，石笋自身的生长速率却呈现出持续加快的趋势（图4）。这一独特的“干旱信号与生长加速共存”现象难以仅从“降水强度”角度解释，因为在补给量减少但补给频率或持续性尚可的情况下，水在包气带中运移更慢，理论上可以延长水-岩相互作用（WRI），增加滴水Ca²⁺浓度，进而促进生长；但微量元素与δ¹³C的同步上升指示了方解石前期沉积（PCP）的增强，后者会降低滴水饱和度，从而抑制生长。团队从“降水季节性”角度给出了更合理解释：即中全新世时（约7.8 ka BP），研究区的降水从短时、高强度的集中夏季降雨，逐渐转变为强度减弱但持续时间延长的降雨模式。这种雨季的延长产生了双重效应：一方面，降水在土壤和岩石中滞留时间的增加，强化了方解石前期沉积（PCP），导致记录“干旱”的地球化学信号增强；另一方面，更长的滴水期直接增加了洞穴次生碳酸盐沉积的总时长，为沉积提供了更长的“有效时间窗口”，从而使石笋的年均生长速率呈上升趋势。该推论得到了古气候模拟结果的有力佐证，指示研究区在相应时段全年降水稳定、夏季降水减少而秋季降水增加（图5）。研究推断，这一转变很可能与中全新世以来东亚副热带西风急流的位置与强度变化密切相关。

本研究不仅首次为东亚季风边缘区中全新世降水季节性转变提供了强有力的地质证据和机理框架，而且深化了对轨道至百年尺度上气候变率及驱动机制的理解。研究成果对于预测未来全球变暖背景下，季风临界带可能面临的降水分配格局变化具有重要的科学参考价值。

图1 洞穴位置及研究样品。（a）迤西洞地理位置（红色圆点）；（b）石笋YX-14和YX-20剖面及年代结果；（c）石笋YX-14和YX-20的年代模式。更多信息详见原文。

 图2 东亚季风边缘带全新世记录对比。（a）夏季南北纬30°太阳辐射梯度差；（b）迤西洞YX-14；（c）龙凤洞石笋生长频率；（d）基于孢粉重建的公海湖降水量；（e）天门洞TM-18；（f）Qunf洞Q5；（g）钻孔ODP-723A；（h）钻孔P178-15P；（i）黄土高原年均温。

图3 全新世准500年周期对比。（a）迤西洞YX-14 δ¹⁸O；（b）大气Δ¹⁴C；（c）GISP2 δ¹⁸O；（d）Jeita洞δ¹⁸O；（e）小龙湾孢粉；（f）和尚洞HS-4 IRM_soft-flux；（g）落水洞LS46 δ¹⁸O；（h）董哥洞δ¹⁸O。

 图4 迤西洞石笋多指标对比。（a）迤西洞石笋δ¹⁸O；（b）夏季南北纬太阳辐射梯度差；（c）YX-14百年尺度变率；（d）YX-14 δ¹³C；（e）YX-14微量元素；（f）YX-14平均生长速率；（g）大气CO₂；（h）黄土高原温度重建。

图5 TraCE-21ka-Ⅱ的研究区模拟结果。模拟的中点坐标为39.0°N, 112.5°E，数据已做100年平滑。

论文第一作者为西安交通大学博士研究生黄守毅，通讯作者为蔡演军教授。该研究得到了国家自然科学基金（42130503）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB 40010203）和西安交通大学青年拔尖人才项目的共同资助。

论文信息： Huang S, Cai Y, Xue G, et al. Holocene climate optimum moisture variability in the monsoon marginal zone of northern China revealed by multi-proxy stalagmite records[J]. Global and Planetary Change, 2025: 105278. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.105278

相关论文： Wei Y, Cai Y, Cheng X, et al. Holocene and deglaciation hydroclimate changes in northern China as inferred from stalagmite growth frequency[J]. Global and Planetary Change, 2020, 195: 103360. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2020.103360