2020年9月8日，美国科学院院刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》杂志刊登了西安交通大学全球环境变化研究院程海教授团队的论文——“新仙女木事件的年代与结构及其指示的气候机制”（Timing and Structure of the Younger Dryas Event and Its Underlying Climate Dynamics）。

图1. PNAS文章截图

新仙女木（Younger Dryas，简称“YD”）事件是发生在距今12900-11600年前的一次气候快速变冷事件，对全球气候-生态环境和人类发展进程均产生了重要影响。尽管这可能是目前为止研究最为充分、地质证据最多的一次千年尺度气候突变事件，然而，其精确起止时间、内部精细结构和气候触发-响应机制仍存在较多争议。本研究基于亚洲季风-西风区、北高纬和南美季风区等多个地区的石笋样品，利用高精度U-Th定年、生长纹层计数和稳定同位素测试分析，获得了全球多个不同气候系统下高精度年龄控制的YD气候变化记录。通过与南、北极冰芯记录精细对比发现的高、低纬气候变化关系极大地促进了我们对气候突变事件触发-响应过程的理解。本研究表明石笋记录在改进由冰芯记录建立的晚第四纪全球气候对比年代标尺方面表现出了极大潜力，使得高、低纬地区气候突变事件的滞后-超前关系精细对比成为了可能。

图2.寒冷气候的标志植物“Dryas Octopetala（仙女木）”，被用来命名北欧地区出现的寒冷事件

本研究利用西班牙石笋记录对格陵兰冰芯年代进行了精确校准。结果表明格陵兰冰芯在YD阶段的年龄是可靠的，而其年龄误差可由原来的100-140年降低为20-40年，校准后YD事件的精确起、止时间分别为距今12870±30和11700±40年。石笋-冰芯记录综合对比发现，亚洲季风-西风区的YD事件开始时间约为距今12890±20年，与北大西洋地区在误差范围内是一致的，而亚洲季风-西风区YD事件开始阶段的持续时间更长。南极冰芯记录的YD事件开始时间为距今12770±110年，晚于格陵兰地区约100年。表明YD开始时中、低纬地区气候对高纬气候变化响应迅速，而海洋反馈作用使其响应过程变长，气候信号表现为从北高纬经中、低纬向南半球高纬地区的传递过程。亚洲季风-西风区YD事件的结束时间是一致的，约为距今11700年，而其结束过程的持续时间要长于北大西洋地区。南极冰芯记录的YD结束时间为距今11900±80年，早于格陵兰地区的距今11700±40年；而热带低纬和南半球提前于大西洋和亚洲季风-西风区600年便表现出向YD结束阶段转变的气候信号。表明热带地区或南半球可能首先引发了YD事件的结束，然后表现出向亚洲季风-西风区和北大西洋地区的气候信号传递。

本研究还发现“慧星撞击”事件可能并不是触发YD事件的原因，因为经石笋校准的格陵兰冰芯记录的YD事件开始时间（距今12870±30年）要早于慧星撞击时间（距今12820年的“富铂”粉尘异常）约50年。另外，本研究还提出在进行高、低纬气候变化精细对比时，“拐点法”要比传统应用的“中值点法”更具科学性。

图3.南北极冰芯δ¹⁸O、CH₄和CO₂记录与西班牙Seco、中国神农宫和印度Cherrapunji石笋δ¹⁸O记录、全球海洋平均温度的对比图

该研究由西安交通大学程海教授牵头组织开展，同位素实验室张海伟副教授等多名师生、因斯布鲁克大学Christoph Spötl教授、加利福尼亚州立大学Ashish Sinha教授以及西班牙、美国、巴西和中国多名学者共同参与完成。

程海教授于2010年任职于西安交通大学全球环境变化研究院，并建立了同位素实验室。共发表SCI论文450余篇，含~30篇Science和Nature文章。2015当选国际地球化学学会会士，2017年当选美国地球物理联合会会士（AGU Fellow）；2019年荣获美国地球物理联合年会“Emiliani Lecturer”称号，是该讲座设立以来第21位演讲者，也是首位华人演讲者。论文被引用5万余次(H-因子94，Google Scholar)。在2014-2019年连续入选汤森路透/科睿唯安（Thomson Reuters/Clarivate Analytics）全球高被引科学家和爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者，在地球科学领域（ESI，科学网）的世界引文排名是第17位。

这项研究成果既是依托于西安交通大学同位素实验室，同时得到了国家自然科学基金（41888101、41731174）和美国自然科学基金（1702816）的联合资助。

论文信息：

Hai Cheng, Haiwei Zhang, Christoph Spötl, Jonathan Baker, Ashish Sinha, Hanying Li, Miguel Bartolomé, Ana Moreno, Gayatri Kathayat, Jingyao Zhao, Xiyu Dong, Youwei Li, Youfeng Ning, Xue Jia, Baoyun Zong, Yassine Ait Brahim, Carlos Pérez-Mejías, Yanjun Cai, Valdir F. Novello, Francisco W. Cruz, Jeffrey Severinghaus, Zhisheng An, R. Lawrence Edwards. Timing and Structure of the Younger Dryas Event and Its Underlying Climate Dynamics. 2020.Proceedings of the National Academy of Sciences. https://doi.org/10.1073/pnas.2007869117.

论文链接：www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2007869117

文 字：张海伟

图 片：全球变化研究院

编 辑：汪毅香