西北非降雨机制在Plio-Pleistocene过渡期的稳定性：基于叶蜡氢同位素记录的跨轨道尺度证据

本研究通过分析西北非ODP Site 659沉积物的叶蜡氢同位素（δ2Hwax）和碳同位素（δ13Cwax），揭示了Plio-Pleistocene过渡期（3.5-2.5 Ma）夏季降雨仅响应21 kyr太阳辐射周期，而冬季粉尘通量受高纬度气候驱动，挑战了传统粉尘作为干旱指标的解释，为理解非洲季风分异响应机制提供新视角。

　　

非洲北部气候的干湿交替对生态系统和人类演化具有深远影响。长期以来，科学家们通过海洋沉积物中的粉尘记录推断，Plio-Pleistocene过渡期（约258万年前）全球变冷和高纬度冰期-间冰期循环增强导致西北非气候干旱化。然而，夏季降雨对冬季粉尘输出的影响机制尚不明确，传统粉尘指标能否真实反映非洲夏季季风变化存在争议。

为解答这一问题，研究人员对西北非ODP Site 659（18.08°N, 21.03°W）的沉积物展开研究，通过高分辨率叶蜡氢同位素（δ²H_wax）和碳同位素（δ¹³C_wax）分析，结合粉尘通量数据，重建了3.5-2.5 Ma期间的气候响应模式。研究发现，夏季降雨始终遵循21 kyr太阳辐射周期，而粉尘通量在2.7 Ma后转为41 kyr冰期周期主导，揭示降雨与粉尘受不同气候驱动机制控制。

关键技术方法
研究团队采用气相色谱-同位素比值质谱（GC-IRMS）测定C₃₁正构烷烃的δ²H和δ¹³C值，结合碳偏好指数（CPI）评估样品保存状况。通过Lomb-Scargle谱分析和连续小波相干性检验，解析轨道尺度信号；利用北半球DSDP/ODP站点的海表温度（SST）数据计算经向梯度（ΔSST_N-S），并与粉尘通量变化点进行统计学匹配。

研究结果

Abstract
δ²H_C31记录显示3.5-2.5 Ma间降雨量仅响应21 kyr夏季太阳辐射周期，振幅稳定（~30‰），未受Plio-Pleistocene边界气候事件影响，而同期粉尘通量在2.7 Ma后增强并转为41 kyr周期主导，表明夏季降雨与冬季风分属不同气候驱动系统。

INTRODUCTION
西北非现代气候呈现极端干湿季节循环，但长期高分辨率夏季降雨记录稀缺。ODP Site 659的粉尘记录传统解释为干旱化证据，但叶蜡同位素可提供独立水文记录。

RESULTS

1. δ²H_C31在5-2.5 Ma间保持~21 kyr主导周期，与北纬23.5°夏季辐射同相位；而粉尘通量在2.7 Ma后显著增加并出现41 kyr周期。
2. 粉尘与正构烷烃通量高度相干，表明同源传输机制，但2.7 Ma后与δ²H_C31解耦。
3. δ¹³C_C31显示Pliocene至现代仅增加~1‰（C₄植物+7%），反映植被对降水变化不敏感。

DISCUSSION

1. 季节分异机制：夏季降雨受低纬度太阳辐射驱动，冬季粉尘响应高纬度冰盖强迫和经向SST梯度（ΔSST_N-S）增强的哈德莱环流。
2. 生态演化：C₄扩张主要受大气CO₂（pCO₂）下降驱动，而非降水变化。
3. 人类演化背景：MPT（约80万年前）后δ²H_C31富集13‰，暗示显著干旱化，可能影响早期人科演化。

结论与意义
该研究首次揭示西北非夏季季雨在Plio-Pleistocene过渡期保持轨道稳定性，挑战了粉尘通量作为干旱代用指标的传统认知。成果发表于《SCIENCE ADVANCES》，为理解季风系统对全球变化的非对称响应提供关键证据，对预测未来非洲气候分异具有启示意义。