转自：中国科学报

如同大自然精心封存的“气候档案”，洞穴中的石笋通过其δ1?O（氧同位素）组成，默默记载着地球气候的沧桑变迁。在东亚季风研究领域，华南中部石笋δ1?O记录长期被视为解读亚洲夏季风演变的“黄金标准”。然而，一个困扰学界长达二十余年的科学谜团始终悬而未解：为何这些记录仅呈现2万年岁差周期，却对主导全球气候变化的冰期-间冰期旋回“保持沉默”？

近日，中国科学院地球环境研究所联合国际团队取得重大突破。研究人员创新性地从黄土高原黄土中提取生物微钙体，结合先进的地球化学分析与气候数值模拟，终于揭开了这个“气候谜题”。研究发现，华南中部石笋δ1?O记录实际上是一把“复合钥匙”——它不仅编码了夏季降水信息，还混合了其他季节的气候信号。

“这就好比我们原以为拿到的是夏季气候的专属密码，实际上却是一份全年的气候混合报告。” 中国科学院地球环境研究所助理研究员、论文第一作者和通讯作者章泽科解释道。这项近日发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的突破性成果，不仅解开了长期困扰学界的华南中部石笋δ1?O记录气候周期之谜，更为诠释全球石笋记录提供了全新的视角。

石笋δ1?O记录缺失

“21世纪以来，我国石笋古气候研究便取得了一系列突出成果。石笋记录有精确的年代测定，加上其独特的生长机制，能够记录洞穴滴水信号，这一信号被学界普遍认为是夏季风的代用指标。”章泽科告诉《中国科学报》。

然而，一个令人困惑的现象是：全球多数气候记录都显示出明显的10万年冰期-间冰期旋回，而华南中部石笋δ1?O记录却只记录了2万年的气候周期。

现代气象观测为科学家们提供了一个关键线索：华南地区降水季节分配相对均衡，夏季降水仅占全年的不足50%。这与黄土高原形成鲜明对比，后者降水主要集中于夏季。

“这让我们意识到，如果能用黄土重建一条降水δ1?O记录，那么我们就能在同一指标体系下对比黄土和石笋这两个地质记录，或许能够从降水季节性差异角度理解这一谜题。”章泽科回忆道。

研究团队面临的第一个重大挑战来自样品本身。团队从甘肃庆阳采集的黄土样品成分复杂，既包含内陆干旱区输送来的原生碎屑物质，也有本地沉积后形成的次生物质，这些原生碎屑物质的混合严重干扰了对次生物质中记录的气候信息的提取。

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“我们创新性地选择了黄土中一种独特的次生碳酸盐——生物微钙体作为研究对象。”章泽科介绍，这些由植物根细胞钙化形成的微小碳酸盐颗粒主要形成于夏季，不仅能排除输送粉尘的干扰信号，而且能最大程度地反映夏季降水信息。

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然而，提取这些微米级的生物微钙体本身就是一项艰巨的任务。

在章泽科的实验室里，整齐排列着黄土样品、精密筛网和显微镜。“样品需要经过75微米筛网过滤去除粘土，烘干后还要在显微镜下人工挑选目标颗粒，最后进行超声清洗用于测试分析。”章泽科指着实验记录说，“不同地区的样品差异很大，有些样品比较容易找到目标颗粒，有些样品则无法找到。”

揭示季节“混合效应”

作为首个系统研究黄土生物微钙体δ1?O与冰期-间冰期气候关联的团队，章泽科坦言，研究初期也曾心存疑虑：“黄土生物微钙体δ1?O能否像石笋那样敏感记录2万年岁差旋回的同时，又像其它地质记录一样呈现出冰期-间冰期旋回？”

当实验室数据比对结果出来时，章泽科心里才觉得有谱了。“有一层冰期黄土中的生物微钙体δ1?O变化与已知石笋δ1?O记录高度吻合，我们确信即使季风较弱时，黄土生物微钙体δ1?O仍能敏感捕获气候信号。”章泽科回忆道。

随后，团队重建了过去40万年以来夏季降水δ1?O变化历史。结果显示：生物微钙体δ1?O记录在2万年岁差周期上与石笋记录呈现同步变化；间冰期强夏季风阶段均出现显著偏轻的δ1?O值；清晰展现出10万年冰期-间冰期周期，这在华南中部石笋δ1?O记录中是没有观察到的。

这一突破性发现证实：华南中部石笋δ1?O记录实际受到夏季和非夏季气候信号“混合效应”的影响，不能直接用于表征夏季风强度。“我们的研究为解耦石笋气候信号提供了关键的夏季端元数据。”章泽科强调。

冻土凿样，破冰前行

在论文投稿过程中，团队也曾遭遇一番波折。研究团队在系统分析黄土中生物微钙体δ1?O组成的同时，忽略了对研究剖面中黄土-古土壤地层年代的进一步测定。尽管黄土高原黄土-古土壤的地层年代在过去研究中已经得到普遍认可，但审稿人希望能在原始研究剖面提供一定数量的年代数据来进一步巩固地质证据。

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当审稿意见在2025年春节前夕送达时，章泽科立即带领团队奔赴甘肃庆阳补采样品。腊月时节的黄土高原，寒风刺骨，地表冻土坚硬如铁。面对采样难题，他们用木工刨片配合榔头破土取样，最终才获取了所需黄土样本。

“春节假期，大家就只休息了两三天。”章泽科回忆道。正是这份争分夺秒的坚持，让补充研究的数据质量得到显著提升，也使论文的论证更加严谨有力。

审稿人最终认为，这项研究是有趣且有用的，提供了迄今为止最直接的途径来关联和理解东南亚地区石笋和黄土两大地质记录中的气候信号。

“多读书，多出野外，多做实验，理论与实践相结合”“向国际上最顶尖的科学家学习，开展合作”“要敢于挑战国际前沿科学问题，但一定要从最基本的a、b、c做起”……这些科研箴言来自中国科学院院士安芷生对该科研团队的一贯要求。回顾自己的科研历程，章泽科对此深有感触：“安先生为我量身定制了科研发展路径，这些治学理念不仅影响了我整个科研攻关过程，也让我终身受益。”

面向未来，团队将继续深耕黄土与气候变化研究领域。通过整合元素分析、同位素示踪和团簇同位素等前沿技术，系统解析生物微钙体蕴含的古气候信息，定量重建降水、温度等关键气候要素。

“这些基础研究将揭示东亚气候演变的内在规律，阐明其与全球气候系统的动力学联系。”章泽科表示。同时，团队还将通过大数据集成、观测数据与数值模拟融合等手段，为气候模型优化，提升未来气候变化预测能力提供科学支撑。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2425565122