全球气候变化与人类活动息息相关，成为研究焦点。以石笋为代表的洞穴次生碳酸盐沉积物可以稳定保存气候变化的原始信息，并且在先进的定年技术的发展下，研究人员可以建立较久远的石笋生长年代标尺。利用石笋重建过去气候环境变化，建立较长时间尺度的变化记录有助于我们对古环境的认识和理解，从而为预测未来气候变化提供更加丰富的数据资料。
长期以来，石笋碳酸盐氧同位素记录被认为可以反映季风区降水变化，从而进一步反映季风强度。但这一认识一直存在争议，在阿拉伯海地区，同样被认为可以反映印度季风变化的海洋记录与以石笋氧同位素为代表的陆地记录在岁差周期上存在明显的不同，被称作“海-陆岁差相位的困惑”。哪种记录才能真实反映季风变化？全新世阿拉伯海地区的气候状况以及印度季风是如何变化的？这些问题的答案并不清楚。
针对上述问题，西安交通大学全球环境变化研究院利用阿曼南部Qunf洞穴石笋展开了包括碳酸盐氧同位素在内的多指标记录研究，包括铀含量、碳同位素、三氧同位素、流体包裹体、微量元素等，并结合EC-Earth气候模拟实验重建阿曼南部全新世气候变化以及印度季风变化特征。研究发现，在早-中全新世时期，除印度夏季风外，北非夏季风对研究区域也产生了不可忽视的影响，增强的北非夏季风带来了远源水汽，与印度夏季风携带的近源水汽共同对阿曼南部地区降水产生影响。北非季风与印度季风所属的亚洲季风在岁差周期上共同受到北半球太阳辐射的影响，因此可以将北非季风和亚洲季风视为一个“超级季风”整体，即北非-亚洲季风。因此，Qunf洞穴的石笋碳酸盐氧同位素并非以往认识的反映季风降水量的多少，而是反映了大尺度环流所产生的水汽源远近的变化。
图1 EC-Earth气候模拟的8千年前（8K）和现代（PI）的气候差异
与此同时，Qunf洞穴石笋多指标记录反映出研究区域在全新世阶段经历了由干旱转为湿润过程，并得到了气候模拟实验的证实，这与以往的认知有所不同，对该地区研究提供了新的参考。研究同时指出，阿拉伯海的海洋涌升流记录反映的不是印度夏季风强度变化，阿拉伯海周边的陆地石笋氧同位素记录和海洋记录的不一致并非是对立的，而是二者分别刻画了同一个北非-亚洲季风动力学系统的不同方面。
图2 Q5石笋多指标记录
该工作以《石笋多指标记录和气候模拟重建阿曼南部全新世气候变化》（“Holocene Climate Change in Southern Oman Deciphered by Speleothem Records and Climate Model Simulations ”）为题在《自然通讯》（Nature Communications）发表。文章第一作者为西安交通大学全球环境变化研究院博士研究生田野，西安交通大学全球环境变化研究院程海教授为通讯作者，西安交通大学全球环境变化研究院为该论文通讯作者单位。该研究成果是全球环境变化研究院程海教授团队研究工作的又一重要进展。该工作得到了国家自然科学基金的支持。瑞士巴塞尔大学、瑞典斯德哥尔摩大学、韩国釜山大学、中国科学院地球环境研究所、厦门大学、南京师范大学等个人或团队为本工作提供了研究支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40454-z
西安交通大学同位素实验室：http://isotope.xjtu.edu.cn