旺羅等-PP等：否極泰來——從大融水事件極冷到Bølling井噴式增溫

在全球轉暖冰蓋融化的末次冰消期，在距今1。46萬年前後發生了一次井噴式增溫事件，為末次冰消期內幅度最大的增溫突變事件，稱為Bølling增溫事件。在該增溫事件前後，還發生了一次大融水事件（MWP-1A），導致海平面上升20米。近年隨著定年精度的提高，資料顯示大融水事件幾乎與Bølling增溫事件是同步的，而不是與新仙女木和老仙女木降溫事件同步（圖1）。這就產生了一個無法調和的悖論：大幅增溫確實應該引發北極冰蓋融化，並形成大量淡水，但是這些淡水注入北大西洋可能會阻斷向北輸送熱量的大洋環流，進而導致北半球大幅度降溫，這又與Bølling大幅增溫事件是矛盾的。如何協調大融水事件與

Bølling

井噴式增溫同步這一矛盾吸引了許多古氣候學家的關注，不斷提出新的解釋。

圖1 冰芯氧同位素記錄的末次冰消期氣候變化（MWP-A：大融水事件，Bølling：Bølling井噴式增溫事件）

為解決這一悖論，Weaver等率先提出MWP-1A融水的主要來源地是南極冰蓋而不是北極冰蓋的假說，並且認為南極冰融水透過南極中層水向北半球擴充套件，淡化北大西洋次表層水，導致上覆已經積累上千年的高密度水（高鹽度）失去浮力而下沉，使北大西洋深層流加強，使幾乎關閉的大洋經向環流迅速恢復，表層水向北輸送熱量，導致Bølling期井噴式增溫。但是，大量的模型估算和地質記錄均證明，北極冰蓋也是MWP-1A融水的重要來源之一，可能佔比更高，而並不都來自南極冰蓋。

也有學者提出路徑假說，認為雖然冰融水主要來自北極冰蓋，但是融水入海的路徑可能不在關鍵地區，融水無法有效淡化北大西洋表層水並阻斷或減弱大洋環流，因此沒有發生降溫事件。然而，模擬結果顯示，無論如何改變路徑，大融水事件都可能導致北半球大幅度降溫。最新地質記錄顯示，離北大西洋北部（海水下沉深層流啟動區）最近的挪威冰蓋可能是在Bølling期前後融化消失的，該區冰蓋的融化很有可能會影響北大西洋深層流的執行。這樣，大融水事件和Bølling暖期的矛盾更加凸顯。

在專門揭示Bølling期井噴式增溫的原因中，主要的工作集中在模擬實驗的研究中。結果大致可以分為線性和非線性兩類假說。線性假說認為，Bølling增溫是大洋環流對冰蓋突然停止向北大西洋排放淡水的一種瞬時響應。遺憾的是，該假說沒能找到停止淡水排放的機制。非線性假說認為，大洋環流的恢復可能透過太陽輻射和二氧化碳濃度的持續增加、以及大洋環流關閉導致的北大西洋南部海水溫度和鹽度的長期積累的共同作用下，超過臨界值，導致大洋環流突然非線性恢復執行。可以看出，線性假說無法解釋什麼機制導致淡水排放停止，而非線性假說發現大幅度增溫可能是隨機的，無法解釋為什麼發生在1。46萬年，並且沒有考慮大量淡水注入（MWP-1A）可能導致的降溫。

要解決上述悖論的關鍵在於，確認是否有與大融水事件對應的冷事件，以及冷事件與

Bølling

的先後順序。這是因為，大融水事件持續時間很短，已有的高解析度氣候曲線都無法識別出大融水事件，而且現有定年手段精度無法確定大融水事件（由低緯珊瑚指示的高海平面確定）和

Bølling

增溫的先後順序。取得突破的關鍵在於，尋找同時有與大融水相關的事件和

Bølling

增溫事件的氣候記錄，在此基礎上開展機制研究。由於突變事件的降溫主要發生在冬季，尋找冬季溫度的古氣候代用指標記錄就成為首先需要突破的環節。

廣東湖光巖瑪珥湖的沉積記錄為探討上述科學問題提供了可能。該湖泊的冬季溫度受高緯度由北向南傳輸的冬季風控制（Wang et al。， 2008； Wang et al。， 2012）。連續多年的監測記錄顯示，湖光巖瑪珥湖

Aulacoseira

spp屬矽藻，具有隻在該湖冬季生長的特點，具有記錄冬季溫度的潛力（Wang et al。， 2008； Wang et al。， 2012）。同時，該湖泊的沉積記錄具有足夠高解析度（<20years/cm）。

要確保生物手段重建結果的可靠性，難點在於要保證現代和地質記錄中的生物種類一致性。冰消期湖光巖沉積物中喜暖的

Aulacoseir granulata

（AG）和喜冷的

Aulacoseir ambigua

（AA）共存，是常見優勢種（Wang et al。， 2008； Wang et al。， 2012）。但是，現代湖水的溫度比冰期和冰消期明顯偏高，不適合喜冷的AA生長，現代湖光巖中AA種很少。因此，無法利用湖光巖瑪珥湖現代矽藻建立矽藻－溫度轉換函式，只能透過在更高的海拔或緯度地區尋找有同樣屬種的湖泊來建立轉換函式。

研究團隊透過多年努力，在雲南和福建高山地區都發現兩個適合重建轉換函式的湖泊，即雲南的雲龍天池和福建的鬥湖。詳細調查發現，雲龍天池中這兩個種（AG，AA）共存，並且是該湖的主要矽藻種類（Zou et al。， 2018）。透過連續兩年的監測，發現冬季溫度是控制這兩個種含量變化主要因素（Zou et al。， 2018）。鬥湖連續兩年的監測顯示類似的規律（Wang et al。， 2022a）。在上述現代過程研究的基礎上，建立了矽藻－溫度轉換函式（圖2），並且通過了湖光巖現代樣品的檢測（Wang et al。， 2022b；圖3）。因此，利用該轉換函式重建了湖光巖末次冰消期冬季溫度的變化歷史（圖4）。

圖2 雲龍天池矽藻比值（AG/AA）與溫度的關係。圖中顯示溫度是控制矽藻丰度變化的主控因素，可以建立矽藻-溫度轉換函式

湖光巖重建結果表明，在14。8ka前後發生了一次極冷事件，降溫幅度可達6

°C（圖3），且恰好發生在

Bølling

極速增溫之前。在定年誤差範圍內，可以判定該事件是對大融水事件的響應（Wang et al。， 2022b），將其命名為大融水冷事件（MCE）（Wang et al。， 2022b）。這是首次在同一地質記錄中，識別出大融水事件引發的降溫事件和

Bølling增溫的先後順序。

在此基礎上，研究團隊進一步提出了兩個事件的關聯機制：該極冷事件（MCE）導致北極地區降溫，阻止北半球冰蓋的繼續融化，從而導致冰蓋融水進入北大西洋的淡水停止。淡水大幅減少或停止，聯合太陽輻射和CO

2

等外強迫的作用，促使北大西洋經向環流迅速恢復，最終導致

Bølling

井噴式增溫（Wang et al。， 2022b）。該項研究成果很好地調和了大融水事件與

Bølling

之間矛盾，也為北半球快速增溫機制提供了新觀點和關鍵證據。

圖3 湖光巖瑪珥湖矽藻重建的末次冰消期冬季溫度變化歷史（H：全新世，YD：新仙女木降溫事件，BA：Bølling-Allerød增溫事件，MCE：大融水降溫事件，H1：哈因裡奇降溫事件）

研究成果分別發表於國際學術期刊Paleoceanography and Paleoclimatology和Diatom Research。研究得到國家自然科學重點基金(41931181)、國家自然科學基金(4227108)、國家重點研發計劃(2017YFA0603400)，中科院重點專項B (XDB26000000) 的支援。

1. Wang L, Hao Q, Zhang D, et al. Meltwater Pulse1A Triggered an Extreme Cooling Event: Evidence from southern China[J]. Paleoceanography and Paleoclimatology, 2022, 37(12): e2022PA004426. DO

I: 10.1029/2022PA004426.

2. Wang J, Li J, Cao Q, et al. Seasonal variations of diatoms in a low-latitude mountain lake: a case study from Douhu lake-Southeast China[J]. Diatom Research, 2022, 37(2): 165-178. DO

I: 10.1080/0269249X.2022.2091664.

美編：陳菲菲

校對：萬鵬（地質地球所）