基于BrGDGT技术的温度重建：研究青藏高原上一个冰期末期冰川湖沉积物中的温度变化

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：BrGDGT-based temperature reconstruction from glacial lake sediments on the Tibetan Plateau during the Last Deglaciation

　　

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  本文介绍了基于brGDGT技术的最后一次冰川消融期间高海拔地区温度的重建结果。
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  最后一次冰川消融期间，青藏高原东南部地区存在明显的海拔依赖性升温现象。
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  在最后一次冰川消融的早期阶段，冰川过程可能调节了基于brGDGT的温度信号。

引言

最后一次冰川消融（约20,000至11,700年前）标志着地球气候系统的最近一次重大重组，这一过程由轨道变化、大气中二氧化碳浓度的升高以及北半球冰盖的退缩所驱动，标志着从冰川状态向全新世间冰期的过渡（Clark等人，2009年；Clark等人，2012年；Shakun等人，2012年）。在这一长期趋势之上，还发生了几次突发事件，包括海因里希事件1（H1）、博林-阿尔勒德（B?lling-Aller?d）事件和年轻干期（Younger Dryas）事件，这些事件与大西洋经向翻转环流（AMOC）的强度变化及其相关的海洋-大气反馈有关（Alley和Clark，1999年；McManus等人，2004年；Shakun和Carlson，2010年；Naughton等人，2023年）。要了解这些相互作用的因素如何塑造冰川消融时期的气候演变，需要具有区域分辨率的温度记录，以便更好地约束升温的时间、幅度和空间模式。

迄今为止，关于最后一次冰川消融期间温度变化的重建主要依赖于海洋记录和高纬度冰芯数据，而大陆内部和高海拔地区的记录相对较少（Shakun等人，2012年；Snyder，2016年；Bereiter等人，2018年）。然而，冰川消融时期的升温具有空间异质性，因此陆地温度记录对于理解不同区域的气候演变至关重要（Clark等人，2012年；Osman等人，2021年）。青藏高原的平均海拔超过4000米，对气候变化非常敏感，为评估高海拔地区的温度演变和海拔依赖性升温（EDW）的作用提供了关键背景（Pepin等人，2015年；You等人，2020年；Wang等人，2022年）。然而，目前大多数关于青藏高原的温度重建都集中在全新世时期（Wang等人，2015年；Hou等人，2016年；Chen等人，2020年；Chen等人，2023年；Pang等人，2020年；Feng等人，2022年；Zhang等人，2022a；Duan等人，2025a；Zhou等人，2025年），而少数冰川消融时期的记录主要来自低海拔地区（Tian等人，2019年；Zhao等人，2021年；Yu等人，2025年）。因此，最后一次冰川消融期间青藏高原高海拔地区的温度变化幅度、速度和变异性仍然知之甚少。

陆地湖泊沉积物提供了连续、高分辨率且年代明确的信息来源，有助于解决当前大陆温度重建中的局限性（Loomis等人，2014年；de Wet等人，2016年；Wang等人，2016年；Dang等人，2018年；Baxter等人，2023年）。在可用的代用指标中，保存在湖泊沉积物中的分支甘油二烷基甘油四醚（brGDGTs）已成为重建不同地区和时间段温度变化的有效工具（Dang等人，2018年；Russell等人，2018年；Martínez-Sosa等人，2021年）。全球范围内的湖泊表层沉积物数据显示，brGDGT的分布主要受温度影响（Martínez-Sosa等人，2021年；Raberg等人，2021年），尽管盐度（Wang等人，2021年）、pH值（Tierney等人，2010年；Dang等人，2016年）和微生物群落组成（van Bree等人，2020年；Liang等人，2024年）也可能引入区域或特定地点的偏差。这种温度依赖性得到了培养实验的支持（Chen等人，2022年；Halamka等人，2023年），并通过针对无冰季节温度的近期校准、修订的分数丰度计算以及使用统计优化的模型得到了更好的验证（Raberg等人，2022年；Pearson等人，2025年）。在青藏高原，这些研究结果与越来越多的证据一致，表明湖泊中的brGDGT主要记录了高海拔季节性冰盖覆盖湖泊的无冰季节温度（Sun等人，2021年；Zhang等人，2022a；Hou等人，2024年；Zhou等人，2025年）。然而，在受冰川强烈影响的湖泊中，这种关系是否仍然成立仍不确定。这一点尤为重要，因为青藏高原的高海拔湖泊受到冰川的不同程度的影响，冰川可以改变湖泊的物理和生物地球化学条件，从而可能影响brGDGT派生的温度信号（Yan等人，2026年）。

在这里，我们基于来自XYC湖的brGDGT数据，重建了该湖泊无冰季节的温度。通过与区域和全球古气候记录、气候模型模拟及数据同化结果的比较，我们评估了青藏高原冰川消融期间的升温趋势、幅度和变异性。此外，我们还整合了地区的冰碛年代数据，以评估冰川退缩对brGDGT温度信号的潜在影响。总体而言，这些分析为最后一次冰川消融期间的高海拔温度演变提供了宝贵的信息，并检验了brGDGT温度测量方法在受冰川影响的湖泊系统中的适用性。

章节片段

研究区域

青藏高原东南部主要由几条主要山脉组成，包括沙鲁里山脉（Shaluli Mountains）、曲尔山脉（Queer Mountains）和大雪山（Daxueshan Mountains）。在第四纪期间，该地区经历了广泛的冰川作用，至今仍保存着许多冰川地貌，如散落的巨石、U形山谷、冰碛和冰川湖泊（Fu等人，2013年）。这些冰川遗迹的存在激发了许多旨在重建冰川历史的科学研究。

样本采集与年代测定

2023年7月，使用UWITEC取芯系统从XYC湖中提取了一个1050厘米长的沉积物岩芯，其深度为12.43米。该湖泊为封闭型湖泊（坐标：29°23′41″-29°24′24″N，100°02′44″-100°03′25″E，海拔4440米），面积为约0.87平方公里，最大水深约为12.4米。湖泊主要依靠降水和地下水补给水源。由于缺乏长期监测数据，目前尚无法获得其水文信息的定量数据。不过，湖泊水位保持稳定。

XYC岩芯的年代框架

根据XYC岩芯中13个样本的¹⁴C年代及其对应的岩芯深度，我们建立了岩石芯的年龄-深度模型（图S1），其中上部4个和下部3个有机¹⁴C年代的拟合效果较好。结果显示，该岩芯可以分为三个时间段：125.18–350.23厘米段，沉积速率约为0.45毫米/年；425.82–672.25厘米段，沉积速率为0.69毫米/年；737.46–960.00厘米段，沉积速率为0.13毫米/年。

所有AMS-¹⁴C年代数据

温度重建的校准方程选择

选择适当的温度校准方法首先需要确定沉积物中的brGDGT主要来源于外源土壤输入还是内源湖泊生成（Dang等人，2018年；Russell等人，2018年；Cao等人，2020年；Zhu等人，2021年；H?llberg等人，2023年）。虽然XYC湖泊没有特定的土壤brGDGT数据，但青藏高原地区的地表土壤和全球土壤数据集可以为评估潜在的陆地输入提供有用的参考。

结论

本研究基于XYC湖中的brGDGT数据，提供了连续的高分辨率温度记录。本研究的主要结论如下：

（1）

XYC湖的温度记录显示，在20,000至10,000年前期间，温度呈明显但逐步上升的趋势：在20,000至19,000年前，温度迅速上升，这与北半球高纬度地区的升温情况一致；

作者贡献声明

Ming Zhu：负责撰写初稿、开展调查、进行形式分析及概念构思。Xinggong Kong：负责撰写、审稿与编辑、监督工作及概念构思。Zhijun Zhao：负责撰写、审稿与编辑、监督工作及概念构思。Haoran Dong：负责撰写、审稿与编辑、开展调查。Junwei Chen：负责撰写、审稿与编辑、开展调查。Zixin Zhang：负责撰写、审稿与编辑、开展调查。Yang Liu：负责撰写、审稿与编辑。Mengjing Li：负责撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本项研究得到了以下机构的支持：中国国家自然科学基金（资助编号：42671208）、第二次青藏高原科学考察计划（STEP）（2019QZKK0205）、中国科学院战略性先导科技专项（A类）（XDA20100300）、中国国家自然科学基金（资助编号：42573058）以及中国科学院青年交叉团队基金。

Ming Zhu|Xinggong Kong|Zhijun Zhao|Haoran Dong|Junwei Chen|Zixin Zhang|Yang Liu|Mengjing Li|Lin Chen|Aifeng Zhou|Changchun Huang|Zhiping Zhang|Yanwu Duan