近日，中国科学院地球环境研究所黄土与气候变化研究团队联合西安交通大学、美国俄亥俄州立大学和南京大学等多家国内外研究机构，开展了地质记录与数值模拟相结合的综合研究，成功破解了“东亚石笋δ¹⁸O记录缺失10万年冰期-间冰期气候旋回”谜题。该成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

深藏洞穴的石笋，如同大自然的“录像带”，忠实记录了地球过去的气候变迁。它的氧同位素（δ¹⁸O）信号，已成为研究气候和环境变化的“金钥匙”。在东亚季风区，华南中部的石笋δ¹⁸O记录被长期视为响应夏季降水δ¹⁸O变化、指示亚洲夏季风强度变化的基准。然而，一个困扰科学界二十余年的谜题始终未解：为何华南中部甚至东亚石笋δ¹⁸O记录未呈现出全球气候系统中普遍存在的冰期-间冰期气候旋回特征？它们究竟记录的是什么气候信号？

现代观测显示，在华南地区，δ¹⁸O值偏负的夏季降水（6-8月）仅占全年降水的不足50%，而非夏季降水占比较高，且δ¹⁸O值显著偏正。这意味着，长期以来将石笋δ¹⁸O简单解释为夏季降水δ¹⁸O信号的做法存在偏差，因为石笋主要是由不同季节降水混合的地下滴水形成。而评估这种夏季和非夏季降水的“混合效应”影响的关键难点，在于缺乏独立记录夏季降水δ¹⁸O信号的地质记录。

40万年以来记录对比。地球环境所供图

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为此，研究团队创新性地利用黄土沉积中的一种次生碳酸盐——生物微钙体（由植被根细胞被钙化后形成的微小碳酸钙颗粒，主要形成于夏季），重建了过去40万年以来夏季降水δ¹⁸O变化历史。

数值模拟结果表明，强夏季风时期，虽然夏季降水的δ¹⁸O趋于偏负（通常被认为是夏季风增强的表现），但华南地区非夏季降水占全年降水的比重甚至超过60%，降低了夏季信号在石笋δ¹⁸O记录中的“主导作用”，合理解释了为何间冰期强夏季风时期δ¹⁸O值未展现出显著偏负的状况，掩盖了10万年冰期气候旋回的节律。

这一新发现破解了我国东部石笋δ¹⁸O记录研究中长期悬而未决的科学难题，强调了在解读“自然气候档案”时要关注气候季节性的关键作用。同时，该研究也为东亚和全球石笋δ¹⁸O记录物理意义的再认识提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2425565122