文一雄：大气CO2驱动东亚晚中新世降温和生态系统重组【PN...

江湖一盏灯

晚中新世末期-早上新世（8-5 Ma），陆地生态环境经历剧变，主要表现为：1）全球荒漠化加剧；2）C4草本植被（使用C4光合途径）经历由低纬向中高纬的扩张，原本温室环境下的森林被灌木与草地取代；3）北半球瞬时冰川开始出现；4）陆生动物群落结构与食性经历重大转变，灵长目类人猿在~7 Ma开始直立行走。在陆地生态环境经历剧变的同时，全球海洋表面温度在7.5-5.4 Ma之间经历了显著的同步降温（中高纬地区达到6-8 ℃）；在降温峰值期（7-5.5 Ma）, 中-高纬地区的海表温度骤降至与现今相近的水平；这颠覆了前人对晚中新世平稳气候状态的认知。这一系列气候与生态环境变革推动了现今地球生态格局的形成。前人指出大气CO2浓度变化可能驱动了晚中新世全球陆地-海洋温度演化，进而引发全球生态环境变革。然而到目前为止，我们对该时期的陆地温度响应了解较少。

针对以上科学问题，我校地球科学与资源学院文一雄博士后，在张来明副教授与王成善院士的指导下，联合德国基尔大学，美国华盛顿大学和中国地质大学（武汉）的合作者，选择中国黄土高原地区晚中新世红粘土作为研究对象，利用古土壤碳酸盐团簇同位素温度计，重建了该地区8-5 Ma期间相对连续的地表温度记录，结合东亚古生态环境记录与大气环流模拟，取得了以下新的认识：

1、来自中国黄土高原北部的古温度重建结果首次揭示出地表年平均温度在7.5-5.7 Ma期间经历~7 ºC的降温，在降温峰值期（~7-5.7 Ma），地表温度短暂与现今年平均温度相当，并在5.5-5 Ma经历快速回暖，地表温度变化与全球海表温度变化趋势一致，指示了大气CO2浓度变化可能是该时期全球海-陆温度变化的直接驱动因素（图1）。

2、通过与东亚地区生态演化记录的对比，揭示出地表降温与东亚干旱化加剧，C4草本植被扩张和喜冷软体动物类群增加变化同步（图2-3）。

3、结合大气环流模拟，进一步揭示出在晚中新世末期，大气CO2浓度降低，全球变冷与东亚地区干旱化之间的正反馈效应驱动了东亚地区古生态环境的重组的重要机制（图4）。

图1 8-5 Ma期间，海陆温度，浮游有孔虫δ18O-δ13C与大气CO2浓度演化记录

图2 8-5 Ma地表温度与东亚干旱化记录对比

图3 8-5 Ma东亚陆地温度与生态演化对比

图4 东亚地区夏季降水与大气环流演化对大气CO2浓度变化的响应

该研究得到了国家自然科学基金委项目（41888101），科技部重点研发计划项目（2018YFE0204204），教育部“111”项目（B20011）和中国博士后科学基金项目（2021M703016）的支持。相关成果于2023年1月23日在线发表于国际权威学术期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)》：Wen, Y. X., Zhang, L. M*., Holbourn. A. E., Zhu, C. G., Huntington, K. W., Jin, T. J., Li, Y. L., Wang. C. S*. CO2 forced Late Miocene cooling and ecosystem reorganizations in East Asia. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 2023. 120 (5) e2214655120.

全文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2214655120