亚洲夏季风变异揭示冰期终止II期CO2释放机制及其对冰川消融的启示

本研究通过中国石马洞石笋记录，解析了倒数第二次冰期终止（TII）期间亚洲季风变异与大气CO2释放的关联。研究发现，TII初期CO2上升（139±1 ka BP）与北半球夏季日照增加同步，而主要上升阶段（135.7±1至129±1 ka BP）与冰盖崩塌事件和南半球粉尘通量减少相关。该研究揭示了冰期终止的“临界点”理论，为理解气候系统内部变率对冰川消融的驱动作用提供了新证据。

　　

论文解读

研究背景与科学问题
地球气候系统在第四纪（约260万年前至今）经历了冰期-间冰期的周期性振荡，表现为冰盖缓慢积累与快速消融的“锯齿状”模式。其中，冰期终止（Termination）事件是冰川消融的关键阶段，但关于不同终止事件的驱动机制是否一致仍存在争议。尤其是倒数第二次冰期终止（Termination II, TII）与末次冰期终止（Termination I, TI）的CO₂释放过程存在显著差异：TII结束时大气CO₂浓度比TI高15 ppm，且缺乏类似TI的“新仙女木事件”等典型气候波动。这些差异暗示冰期终止可能受多种因素调控，而理解CO₂释放的触发机制对预测未来气候变化至关重要。

研究设计与技术方法
南京师范大学等机构的研究团队通过中国湖南石马洞的4根石笋样本（SM9、SM12、SM16、SM17），结合U/Th定年（26个测年点）和高分辨率氧同位素（δ¹⁸O）分析（1949个数据点），重建了TII期间亚洲夏季风（ASM）的演变历史。研究整合了石马洞与邻近三宝洞的记录，通过三氧同位素（Δ⁴⁷O）验证了石笋形成的同位素平衡状态，并关联南极冰芯（EDC）的CO₂、CH₄数据和北大西洋沉积物的冰筏碎屑（IRD）事件，建立了精确的年代框架。

主要研究结果

1. TII初期CO₂释放的触发机制
研究发现，CO₂在TII前（139±1 ka BP）即开始缓慢上升，与北半球夏季日照增加同步。这一阶段与Heinrich事件H12（约139 ka BP）和北大西洋冰盖崩塌事件（MWP-2A）相关，导致大西洋经向翻转环流（AMOC）减弱，促进南大洋CO₂释放。同时，南极冰芯显示南半球粉尘通量减少50%，可能通过降低铁施肥效应进一步推动CO₂上升。

2. TII与TI的相似性与差异性
尽管TII和TI的CO₂主要上升阶段（分别持续6000-7000年）幅度相似（约80 ppm），但TII的独特之处在于：

• 前期积累：TII前CO₂已上升15-20 ppm，而TI前CO₂保持稳定；
• 气候反馈：TII缺乏类似TI的“新仙女木事件”，但存在更早的季风减弱事件（WMI）。

3. 冰期终止的“临界点”理论支持
研究提出，冰期终止需要约4000-5000年的CO₂渐进积累和日照上升作为“预条件”，随后通过AMOC减弱等内部变率触发快速消融。这一机制解释了为何TII结束时CO₂浓度更高，且不同终止事件存在路径差异。

结论与意义
该研究发表于《Nature Communications》，首次揭示了TII期间CO₂释放的双阶段模式，强调了内部变率（如冰盖崩塌、粉尘通量变化）与外部日照强迫的协同作用。成果为“临界点”理论提供了实证，表明未来气候系统可能因类似预条件而进入不可逆的变暖阶段。此外，石笋记录的高分辨率年代学方法为古气候研究提供了新范式。