中更新世北半球超级间冰期与古人类第二次走出非洲
2015-07-21 10:43:01   来源:化石网   评论:0 点击:

图1 黄土粒度记录的亚洲冬季风变化与全球古气候的对比(a) 亚洲冬季风的复合粒度(>32 μm)记录;(b) ODP 980孔底栖有孔虫δ13C记录;(c)冰筏碎屑带内IOPD U1308孔Si Sr比值;(d)和(e)DSDP 607 孔碳


图1 黄土粒度记录的亚洲冬季风变化与全球古气候的对比

(a) 亚洲冬季风的复合粒度(>32 μm)记录;(b) ODP 980孔底栖有孔虫δ13C记录;(c)“冰筏碎屑带”内IOPD U1308孔Si/Sr比值;(d)和(e)DSDP 607 孔碳酸盐含量和冬季海表温度;(f) 热带海表温度复合记录;(g)−(j) 来自南半球的记录;(g) ODP 1123 孔根据Mg/Ca比值计算的大洋底流水温;(h)和(i) ODP 1090孔底栖有孔虫δ13C和风尘铁通量变化;(j) EPICA冰心记录的气温变化;(k) 冰心记录的大气CO2记录;(l) 底栖有孔虫δ18O复合记录LR04



图2 90万年以来不同冰期初始期附近地轴斜率与两极地区夏季太阳辐射岁差周期变化最小值的配置特征。当地轴斜率最小值与太阳辐射岁差最小值偏差小于5 ka时,近似认为两者同步变化

(化石网报道)据中国科学院地质与地球物理研究所:米兰科维奇理论认为,北半球高纬夏季太阳辐射变化主导了第四纪冰期和间冰期气候交替出现。中科院地质地球所新生代地质与环境研究室郝青振研究员根据黄土发育与北极冰盖消长的联系,在之前的研究中提出在地球轨道偏心率40万年周期变化幅度最小的40万年和80万年前后,进入冰期时,北极冰盖增长滞后。该观点暗示深海氧同位素阶段MIS 10,MIS 18 和MIS 20这三个冰期可能是南极过程触发的,与经典理论有出入,因而需要进一步开展冰期驱动机制研究。

研究冰盖消长与地球运动轨道参数的关系有两个关键时段:冰盖消融期(冰消期)和冰盖扩张期。学术界针对冰消期开展过大量研究,但是对冰盖扩张期的研究一直进展缓慢,原因在于,与冰消期气候快速变化相比,冰盖扩张期气候是“渐变”的,难以实现冰盖扩张与轨道参数变化的精确对比。

为克服上述困难,郝青振研究员与合作者根据已有古气候线索,选择整个时期南北半球气候都具有显著差异的冰期作为研究的切入点,对MIS 14时期黄土粒度变化和全球古气候记录开展了集成研究,并系统对比了最近90万年以来不同冰期形成时期两极太阳辐射与轨道参数的配置特征,探讨了冰盖扩张期的驱动机制,具体认识如下:

(1)整个MIS 14期间黄土高原黄土记录没有出现粒度快速增加的现象,指示北极冰盖没有发生过显著扩张,这与其他冰期粒度变化形成鲜明对比;经全球集成研究发现,自南半球低纬度地区到北极地区,MIS 14呈现整体温暖的状态(最冷相当于间冰期内部的冰阶气候),而南半球中、高纬地区气候则接近“典型冰期状态”(图1)。由此提出MIS 15−13期间,北半球出现“超级间冰期”,间冰期长度超过了10万年。该结果表明过去基于海洋和南极冰心沉积的 “最近80万年来间冰期最长约为6万年”的认识可能是不确切的。

(2)通过地轴斜率与两极夏季太阳辐射岁差周期变化的配置关系研究(图2),发现MIS 14冰期为南极太阳辐射变化驱动所致,表现为,在MIS14初期,南极夏季太阳辐射岁差周期变化与地轴斜率变化同时达到最低值,而在北极地区两者最低值严重偏离。类似的地球轨道参数配置出现在MIS 10,MIS 18、MIS 20等时期,显示南极驱动可能是触发这些冰期的重要因素,为40万年和80万年前后南极率先进入冰期提出了可能的理论解释。

(3)中更新世MIS15−13北半球整体温暖的超级间冰期与阿舍利手斧从非洲向欧亚地区大规模传播和人类群体遗传学证据指示的人类扩张在时间上一致。由于间冰期气候能够为早期人类适应高纬度环境提供适宜条件,因此该超级间冰期可能是古人类第二次大规模走出非洲的重要动因。

上述研究成果近期发表于Nature出版集团下属期刊Scientific Reports(Hao et al. Extra-long interglacial in Northern Hemisphere during MISs 15-13 arising from limited extent of Arctic ice sheets in glacial MIS 14. Scientific Reports, 2015, 5: 12103, doi: 10.1038/srep12103)。

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