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全新世气候适宜期与史前文化发展——从气候稳定性视角出发

2021/01/11

气候变化是当前最重要的全球性问题之一,认识地质历史时期(该时段人类自身对气候环境变化适应能力较弱)气候变化与史前文化发展关系,对于促进未来增温背景下人与自然和谐共处以及推进生态文明建设具有重要意义。

全新世(11700年以来)是距今最近的一次间冰期。因其具有与现代相近的气候边界条件,该时期的气候环境变化过程及机制一直是学术界关心的热点问题。在全新世时段内,全新世气候适宜期(自然变暖时期)作为未来全球增温背景下气候环境状况的地质历史“相似型”,更是学术界的重点研究内容。然而,关于全新世气候适宜期在东亚不同区域是否同步发生,以及究竟发生在早全新世(距今约11700-8000年)还是中全新世(距今约8000-4000年)目前仍然存在着较大争议。例如,An[1]认为东亚地区的全新世气候适宜期具有穿时性,即全新世气候适宜期在我国东北地区出现于早全新世,而在我国长江地区出现于中全新世。尽管Zhou[2]Jiang[3]也认同东亚地区全新世气候适宜期具有穿时性,但他们却提出我国北方地区全新世气候适宜期始于中全新世、而在南方地区始于早全新世。此外,也有众多学者指出全新世气候适宜期在东亚地区是同步出现的,但究竟是出现于早全新世还是中全新世,各方观点依旧存在较大分歧。

上述关于全新世气候适宜期起止时间争论的研究中,对全新世气候适宜期的定义主要是基于温度和(或)降水强度。然而,与史前人类生存发展密切相关的气候环境最适宜条件不应仅仅从气候因素的强度来定义,气候稳定性可能要比气候平均态(强度)对史前社会的发展具有更大影响[4]。这是因为地质历史时期,物质生产资料有限、生产技术落后,史前人类抵御快速气候变化存在一定的局限性,因而对气候环境快速变化的适应能力也更弱。例如,先前的研究表明中国多数新石器文化的崩溃、柬埔寨吴哥文化的消失、美洲大陆玛雅文明的衰落等都与当时不稳定的气候紧密相关。因此,从气候稳定性的视角来分别评估东亚早全新世和中全新世气候状态,或许能为解决东亚全新世气候适宜期时空变化的争论提供一个新的研究思路。

中国东部地区人口稠密,是东亚夏季风影响的核心区域。相较于温度变化,东亚夏季风降水的异常变化引起的洪涝灾害对区域社会和经济发展影响更大。因此,为了提高对东亚地区全新世气候适宜期时空变化特征的理解和认识、评估其对史前文化发展的影响,兰州大学及中国科学院青藏高原研究所科研团队通过综合对比分析东亚地区高分辨率的湖泊、泥炭、黄土、石笋等古气候记录,对这一科学问题进行了探索。相关研究成果最近在国际著名地学期刊《Earth-Sciences Reviews20211月的212卷在线刊出,兰州大学资源环境学院博士研究生张志平为研究论文的第一作者,通讯作者为中国科学院青藏高原研究所刘建宝研究员。

基于严格的古气候记录筛选标准,研究团队遴选了12条能够明确反映东亚季风降水(湿度)的记录和11条反映季风环流变化的石笋氧同位素记录,并利用弦距平方(Squared chord distance, SCD)量化了每条记录样本之间的差异。SCD值越高,表明样本间差异越大,反映气候越不稳定。结果显示,相较于早全新世,无论是单条古气候记录还是所有记录的集成均表现出东亚地区中全新世更为稳定的气候特征(图1)。

1 东亚早-中全新世气候稳定性(ab分别为基于降水(湿度)记录和石笋氧同位素记录获得的气候稳定性序列)与植被(c)、人口(de)及史前文化遗址数量(f)的对比

研究团队进一步对比了东亚地区早-中全新世气候稳定性与东亚植被变化、东亚地区史前人口变化及史前文化遗址数量变化之间的关系(图1)。结果显示,在气候更为稳定的中全新世,植被也更加稳定,史前人口数量及以仰韶文化为代表的史前文化遗址数量均在中全新世出现显著上升趋势(图1)。根据东亚地区早-中全新世气候稳定性与植被、史前人口及遗址数量的耦合关系,研究人员指出具有稳定气候特征的中全新世为农业和畜牧业的发展提供了有利条件,促进了史前人口的快速增长以及全新世中国北方地区最具代表性的新石器文化——仰韶文化的繁荣(图2)。据此,该项研究提出具有稳定而强盛的东亚夏季风气候特征的中全新世更适合作为全新世气候适宜期

2 黄河流域新石器文化演化时空模态。A.仰韶文化前期;B.仰韶文化时期;C.仰韶文化后期(引自Chen[5]

最后,研究团队利用TraCE-21 ka气候模型揭示了东亚地区早-中全新世气候稳定性差异的机制。研究发现,相比于早全新世,中全新世冰盖完全消融,冰盖对西风阻挡作用消失,使得中纬度西风带摆动减弱,并进一步地通过西风-季风相互作用,使得东亚季风变率降低,造成中全新世东亚季风气候更为稳定。

本项研究从气候稳定性角度出发,为全新世气候适宜期起止时间的争论提供了新的解决思路,改变了以往研究中仅仅以气候平均态(强度)来定义全新世气候适宜期的认知。通过该项研究,将进一步促进气候变化与史前文化变迁关系的讨论,有助于推进古气候学与考古学领域的学科交叉和发展。

该研究受到国家自然科学基金(编号:4179042141722105)的资助。原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012825220304967

文章引用格式:

Zhang, Z.P., Liu, J.B*., Chen, J., Chen, S.Q., Shen, Z.W., Chen, J., Liu, X.K., Wu, D., Sheng, Y.W., Chen, F.H., 2021. Holocene climatic optimum in the East Asian monsoon region of China defined by climatic stability. Earth-Science Reviews, 212, 103450, https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103450.

参考资料:

[1] An, Z., Porter, S., Kutzbach, J., Wu, X., Wang, S., Liu, X., Li, X., Zhou, W., 2000. Asynchronous Holocene optimum of the East Asian monsoon. Quat. Sci. Rev. 19 (8), 743-762

[2] Zhou, X., Sun, L., Zhan, T., Huang, W., Zhou, X., Hao, Q., Wang, Y., He, X., Zhao, C., Zhang, J., Qiao, Y., 2016. Time-transgressive onset of the Holocene Optimum in the East Asian monsoon region. Earth Planet. Sci. Lett. 456, 39-46.

[3] Jiang, S., Luo, W., Tu, L., Yu, Y., Fang, F., Liu, X., Zhan, T., Fang, L., Zhang, X., Zhou, X., 2018. The Holocene optimum (HO) and the response of human activity: a case study of the Huai River Basin in eastern China. Quat. Int. 493, 31-38.

[4] Chen, J., Liu, J., Zhang, X., Chen, S., Huang, W., Chen, J., Zhang, S., Zhou, A., Chen, F., 2019. Unstable Little Ice Age climate revealed by high-resolution proxy records from northwestern China. Clim. Dyn. 1-10.

[5] Chen, F., Xu, Q., Chen, J., Birks, H.J.B., Liu, J., Zhang, S., Jin, L., An, C., Telford, R.J., Cao, X., Wang, Z., Zhang, X., Selvaraj, K., Lu, H., Li, Y., Zheng, Z., Wang, H., Zhou, A., Dong, G., Zhang, J., Huang, X., Bloemendal, J., Rao, Z., 2015. East Asian summer monsoon precipitation variability since the last deglaciation. Sci. Rep. 5, 11186.