肯尼亚巴林戈岩芯（HSPDP-BTB13-1A）的天文气候驱动力与年代调谐：揭示上新世-更新世转型期东非水文气候与轨道尺度的联系

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Astronomical climate forcing and tuning of the Baringo core (HSPDP-BTB13-1A), Kenya

本刊推荐：为解决东非裂谷巴林戈岩芯高精度年代框架的建立问题，研究人员开展了针对HSPDP-BTB13-1A岩芯的磁化率(MS)和伽马密度(GD)记录的旋回地层学分析及天文调谐研究。通过频谱分析和带通滤波技术，发现以倾角(obliquity, ~41 kyr)为主导、岁差(precession, ~22 kyr)为次要的轨道信号，并成功构建了基于0E1T-1P标准曲线的天文调谐年龄模型。该模型将硅藻岩形成期与北非季风增强期（对应岁差极小值与倾角极大值）精准关联，为理解人类演化关键期（3.29-2.56 Ma）的轨道尺度气候驱动机制提供了突破性年代学支撑。

　　

在探索人类演化与环境变化关联性的科学前沿，东非裂谷系统犹如一部记录地球历史的天然史书。其中，肯尼亚巴林戈盆地保存的上新世-更新世交界期（约3.29-2.56百万年前）湖相沉积，恰好涵盖了人类演化史上的关键节点——包括阿法南方古猿灭绝、最早石器工具出现和 Homo 属首次登场。然而，要将这些重大事件与全球气候变革精确关联，亟需一把高精度"时间标尺"。尽管前人基于磁性地层学和⁴⁰Ar/³⁹Ar测年建立了贝叶斯年龄模型，但其分辨率仍不足以捕捉轨道尺度的气候节律。这正是乌得勒支大学研究团队对HSPDP-BTB13-1A岩芯（简称BTB13）开展天文调谐研究的核心动因。

本研究聚焦于228米长的BTB13岩芯，通过对其连续测量的磁化率（MS）和伽马密度（GD）数据开展多维度旋回地层学分析。研究人员首先利用Acycle软件进行频谱分析，发现沉积记录中存在显著的~7.8-20米周期旋回，对应时间域的~40 kyr（倾角周期）和~22 kyr（岁差周期）信号。通过带通滤波和相干性分析，确立了GD/MS极小值与天文参数（倾角极大值、岁差极小值）的相位关系。随后采用分步调谐策略：先以倾角信号建立初始年龄模型，再结合岁差信号和标准化0E1T-1P曲线（偏心率0权重、倾角1权重、岁差-1权重的叠加曲线）进行优化。最终通过对比地中海腐泥层记录与北非季风日照梯度曲线，验证了调谐结果的可靠性。

3.1 深度域分析

GD和MS数据在~10-20米尺度呈现显著旋回性，其中硅藻岩层段（D0-D5）均对应GD/MS极小值。频谱分析显示主周期集中在~7.8-20米波段，带通滤波后可见滤波分量相位高度一致。

3.2 时间域分析

使用贝叶斯年龄模型转换后，频谱功率在~40 kyr（倾角）和~22 kyr（岁差）处出现显著峰值。特别在2.57-2.73 Ma的硅藻岩富集段，岁差信号占主导地位，滤波极小值与硅藻岩层位精准对应。

4.1 初始倾角调谐

通过将滤波得到的~40 kyr极小值与La2004天文解的倾角极大值对齐，建立17个锚定点。调谐后频谱在~41 kyr处呈现尖锐峰值，同时检测到显著的岁差信号（~22-24 kyr）。

4.2 岁差调谐

基于MS数据的岁差滤波分量（0.03-0.07 1/kyr）与岁差极小值进行相关，发现其振幅调制与0E1T-1P曲线的~50-60 kyr干涉模式高度吻合，证实了岁差-倾角耦合信号的存在。

4.3 最终0E1T-1P调谐

将MS滤波极小值对应0E1T-1P极大值，构建最终年龄模型。频谱分析除主轨道周期外，还发现~9-12 kyr（半岁差周期）和~4-5 kyr（四分之一岁差周期）的亚轨道信号。

研究首次揭示BTB13记录中存在清晰的岁差-倾角干涉模式，这种独特的振幅调制特征成为验证调谐方案正确性的"指纹"。硅藻岩的形成时相（对应GD/MS极小值）被精确锁定在北半球夏季日照极大期，即岁差极小值与倾角极大值的配置阶段。这一相位关系得到地中海腐泥层记录的支持——D0硅藻岩（3038 ka）与腐泥层周期103对应，D1-D5硅藻岩与腐泥层周期115-119同步出现，表明东非深湖相形成与北非季风强化存在动力学关联。

值得注意的是，记录中倾角信号的显著优势（尤其在2.7 Ma前）挑战了低纬度气候以岁差为主导的传统认知。研究提出三种可能机制：跨赤道日照梯度驱动的哈德莱环流变化、赤道日照季节性循环产生的新增倾角分量，以及南半球高纬度冷却通过印度洋温度梯度产生的远程调控。特别在2.4百万年偏心率极小期（2.6-2.7 Ma），岁差信号反而增强，可能与北半球冰盖扩张导致的间热带辐合带压缩有关。

这项研究通过多指标交叉验证建立了迄今最精确的巴林戈盆地天文年代标尺，不仅为理解东非水文气候的轨道尺度驱动提供了新范式，更重要是为解决"气候-人类演化"关联性这一重大科学问题提供了高分辨率时间框架。该成果彰显了综合地层学方法（整合磁性地层、放射性测年与天文调谐）在陆相记录研究中的突破性价值，为全球其他关键古人类遗址的年代学研究建立了技术标杆。