土耳其北部石笋多指标记录揭示黑海地区67万年来水文变率及其气候驱动机制

本研究通过土耳其北部Sofular洞穴石笋的多指标分析（δ18Oca、δ13Cca及流体包裹体同位素），重建了黑海地区67万年来水文波动历史，首次提出流体包裹体氘盈余值可指示冰期-间冰期大气环流变化，为欧亚冰盖动态与地中海-里海-黑海水系交互作用提供了高分辨率证据。

　　

黑海作为连接地中海与欧亚大陆的关键水域，其水文变化深刻影响着区域气候和全球水循环。然而，过去67万年来黑海地区水文变迁的精确时间、持续时长及驱动因素始终缺乏系统认知。更棘手的是，现有海洋和湖泊沉积记录常因年代学不明确、分辨率低或代用指标局限而难以捕捉水文波动细节。这一认知空白严重制约了我们对欧亚冰盖（EIS）扩张、古排水系统重组等重大气候事件的理解。

瑞士伯尔尼大学地质研究所（Institute of Geological Sciences, University of Bern）的F. Held团队联合多国科学家，通过对土耳其北部Sofular洞穴19根石笋开展高精度铀系测年（²³⁰Th）和多指标分析，构建了迄今最完整的黑海地区陆地古气候序列。研究发现黑海表面水δ¹⁸O变化通过"水汽源效应"直接影响洞穴石笋δ¹⁸O_ca，而δ¹³C_ca则敏感记录植被类型（C3/C4植物比例）和土壤呼吸变化。论文发表于《Quaternary Science Reviews》，为理解冰期旋回中欧亚水文耦合机制树立了新标尺。

研究采用四大关键技术：1）342个石笋样品的MC-ICP-MS铀系测年建立绝对年代框架；2）18,910组碳酸盐δ¹⁸O_ca/δ¹³C_ca分析（Gas Bench-IRMS系统，精度±0.07‰）；3）156个流体包裹体水同位素测定（Picarro CRDS技术，δ²H_fi精度±1‰）；4）现代降水监测数据（104个样本）与古降水记录的对比验证。

【水文波动重建】
δ¹⁸O_ca记录揭示黑海经历15次与地中海的水体交换事件，均发生在全球海平面高于博斯普鲁斯海峡海槛（-35米）时期。最显著的δ¹⁸O_ca负偏（最低达-17.8‰）出现在MIS 6/10/12/16冰盛期，对应欧亚冰盖最大扩张期融水输入。其中MIS 6期（13.2-17.5万年前）持续6千年的极端负偏事件，可能与喜马拉雅融水经里海注入黑海的特殊路径有关。

【植被-气候响应】
δ¹³C_ca值在间冰期达-11.5‰（C3植物主导），冰期升至-4.5‰（C4植物扩张），与希腊Tenaghi Philippon花粉记录高度一致。研究发现δ¹³C_ca在冰期终止期比δ¹⁸O_ca提前550-3,340年响应，反映植被对温度/降水变化的快速反馈与黑海水体调整的滞后效应。

【古降水重建突破】
流体包裹体首次证实：现代局地大气水线（LMWL: δ²H=6.9?δ¹⁸O+4.3）可代表67万年来所有气候态。冰期δ¹⁸O_fi（-15.4‰至-10.8‰）显著低于间冰期（-9.2‰至-7.3‰），印证黑海始终是主导 moisture source。

【大气环流指示器】
冰期流体包裹体氘盈余（d-excess）均值达19.5‰（间冰期13.2‰），反映西伯利亚高压扩张导致黑海表面湿度降低（RH下降）和"湖泊效应"降水增强。这一发现为冰期欧亚大陆"干冷"悖论（低温伴随有效湿度增加）提供了机理解释。

该研究通过石笋"地质硬盘"解锁了黑海演变的动态密码：1）确立博斯普鲁斯海槛稳定性维持67万年；2）揭示欧亚冰盖不同扩张阶段对黑海淡水资源的影响差异；3）创建首个基于流体包裹体的冰期大气湿度定量指标。这些发现对预测当代全球变暖背景下黑海盐度变化及欧亚水循环响应具有重要启示。正如通讯作者D. Fleitmann强调："石笋包裹体就像古气候的‘时间胶囊’，保存着重建冰期大气动力学的关键密钥。"