東亞軟體動物化石重建季節(jié)溫度解疑“全新世溫度謎題” _中國

中國北方表土蝸牛組合樣品采集點和黃土蝸牛化石樣品點分布
據(jù)中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所：全新世以來（約1萬年前至今）全球氣溫如何變化？現(xiàn)今的氣候變暖是否已經(jīng)達到1萬年來最溫暖的程度？回答這個問題主要有兩個途徑：1）地質(zhì)記錄；2）古氣候模擬。集成的地質(zhì)記錄顯示在早中全新世（距今～9000-6000年）有一個大暖期，其后溫度逐漸下降，至工業(yè)革命以來再次變暖（Marcott et al., 2013）；而古氣候模擬揭示全球年均溫在過去1萬年來持續(xù)上升（Liu et al., 2014）。目前學術(shù)界對全新世氣溫的變化過程、機制和記錄-模擬差異的原因仍未達成共識，被稱之為“全新世溫度謎題（Holocene temperature conundrum）” 。
爭論焦點之一，來自地質(zhì)記錄中氣候代用指標是否存在季節(jié)性偏差，即地質(zhì)記錄重建的溫度是不是反映真實的年溫度信號？是否主要受夏季溫度的控制？但由于缺少過去1萬年來不同季節(jié)溫度演化過程的記錄和認識，難以評估和回答不同季節(jié)溫度對年溫度貢獻的問題。因此尋找對季節(jié)性氣候敏感的量化指標和連續(xù)的記錄是解疑這個謎題的突破點。
中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所董亞杰副研究員與吳乃琴研究員、李豐江副研究員、呂厚遠研究員、云南師范大學沈才明教授等選用揭示季節(jié)性變化方面具有獨特優(yōu)勢的陸生軟體動物（蝸牛）為研究對象，系統(tǒng)采集了中國北方約1000公里梯度范圍內(nèi)的表土蝸牛組合樣品和2萬年來黃土剖面的蝸牛化石樣品，建立了東亞最豐富的現(xiàn)代陸生蝸牛-氣候參數(shù)數(shù)據(jù)庫和全新世蝸牛化石樣品庫。
（1）利用現(xiàn)代陸生蝸牛-氣候環(huán)境數(shù)據(jù)庫進行典型對應(yīng)分析表明，年溫度和季節(jié)性氣候參數(shù)是蝸牛群落主要的控制因子，顯著性檢驗揭示出蝸牛組合是定量重建過去年溫度和季節(jié)性氣候參數(shù)的可靠指標。
（2）基于區(qū)域加權(quán)-加權(quán)平均偏最小二乘法（LW-WAPLS），成功建立了蝸牛組合-年均溫/春夏秋冬季節(jié)溫度定量轉(zhuǎn)換函數(shù) ，將這個轉(zhuǎn)換函數(shù)應(yīng)用到黃土剖面的蝸牛化石記錄中、重建了2萬年來黃土高原年均溫和四季季節(jié)溫度的變化過程，重建結(jié)果表明，無論是獨立重建的年均溫還是四季算術(shù)平均的溫度在~9 000-4 000年期間都存在大暖期，隨后在中晚全新世溫度降低。
（3）利用方差貢獻方法，揭示出全新世夏季、冬季溫度對年均溫的貢獻顯著高于春、秋季溫度的貢獻，不存在地質(zhì)記錄中年均溫度變化趨勢只受控于夏季溫度變化的結(jié)果。
這項工作建立了無脊椎動物群落量化季節(jié)性氣候參數(shù)的研究方法，揭示了東亞地區(qū)全新世以來陸地季節(jié)溫度和對年均溫貢獻的變化過程，查明代用指標的季節(jié)性偏差并不是地質(zhì)記錄-模型不一致的主要原因，為解疑“全新世溫度謎題”、評估氣候模型的可靠性提供了重要參考。
研究成果發(fā)表于國際學術(shù)期刊Nature Communications （董亞杰*，吳乃琴*，李豐江，張丹，張月婷，沈才明，呂厚遠. The Holocene temperature conundrum answered by mollusk records from East Asia[J]. Nature Communications, 2022, 13: 5153. DOI: 10.1038/s41467-022-32506-7）。該成果受國家自然科學基金（No. T2192954、41888101、41830322、42172210）、中國科學院先導專項B類項目（No. XDB26000000）聯(lián)合資助。