近日，国际地学领域TOP期刊《Quaternary Science Reviews》发表了题为“Aridity record of the Arabian Peninsula for the last 200 kyr: Environmental magnetic evidence from the western equatorial Indian ocean”的研究成果。该成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室姜兆霞教授团队及国内外合作者共同完成。周良博士生为论文第一作者，姜兆霞教授为论文通讯作者。合作者包括中国海洋大学李三忠教授、西班牙纳瓦拉大学Larrasoaña教授以及南方科技大学刘青松讲席教授等。

阿拉伯半岛位于欧亚大陆和非洲大陆，热带和温带气候系统之间的重要“十字路口”（图1），是古气候学和古人类学研究的重点地区。在轨道时间尺度上，非洲（ASM）和印度夏季风（ISM）的强度和空间范围的变化将阿拉伯沙漠转变为一个拥有丰富湖泊的“绿色”景观。这些湿润时期为古人类从非洲向欧亚大陆扩散（“走出非洲”）提供了关键的“机会之窗”。过去重建该地区的古气候古环境演化主要基于散布在整个阿拉伯半岛的古湖泊沉积物和洞穴石笋，这些地质材料大部分在时间尺度上是零碎的、不连续的。幸运的是，连续和年代准确的海洋风尘沉积记录有可能追踪源区的干旱演化。过去几十年，来自红海、亚丁湾和阿拉伯海的海洋沉积物提供了阿拉伯地区古气候变化的连续记录，但由于靠近大陆可能会导致河流源以及撒哈拉沙尘的叠加使得风尘作为过去阿拉伯水文气候演化的解释复杂化。

图1赤道西印度洋区域、CJ02-01钻孔位置（a）以及北半球夏（b）、冬（c）季风场

因此，姜兆霞教授团队选取了来自赤道西印度洋远离大陆的CJ02-01钻孔进行了系统的岩石磁学和环境磁学研究（图1）。沉积物中碎屑组分的Sr-Nd同位素组成表明，陆源沉积物组分主要是来自阿拉伯半岛通过Shamal风携带的风尘输入。岩石磁学和透射电镜结果表明，沉积物中铁磁性和反铁磁性矿物共存。前者包括生物成因磁铁矿和亚微米级涡旋态碎屑磁铁矿，后者则包括高矫顽力的赤铁矿和针铁矿。一般来说，环境磁学参数可用于确定风尘输入增加/减少的总体趋势，但可能会受到生物成因磁铁矿的额外影响，使得风尘组分的解释变得模糊。表征反铁磁性矿物（如赤铁矿）含量的环境磁学参数硬等温剩磁（HIRM）是一个比其他磁学参数更可靠和有用的风尘指标，因为赤铁矿主要来自于陆源输入。通过记录对比，风尘赤铁矿含量（HIRM）主要反映的是源区阿拉伯半岛的干/湿变化，排除了输运机制（Shamal风强度变化）和沉降过程（印度夏季风降水湿沉降）的影响。

图2 环境磁学重建的风尘记录与邻区海域风尘记录以及阿拉伯半岛石笋、古湖泊记录对比

基于环境磁学重建的阿拉伯半岛风尘记录和干旱演化过程与过去邻区海域的风尘记录以及阿拉伯半岛陆地古湖泊和洞穴石笋生长记录具有明显的一致性（图2），从远端记录证实了近端得到的结果。在间冰期的高阶，风尘含量最低，对应北半球夏季低纬日照量的最大值（图2b），与非洲和印度夏季风环流的增强以及热带雨带和热带辐合带的北移有关（图3a）。这些时期也与阿拉伯半岛的主要湿润期（“绿色阿拉伯”时期，图2绿色条带）相吻合。此外，阿拉伯风尘的供应也受到高纬度冰量和大气CO₂浓度变化的驱动，在冰期可以发现持续的高风尘含量且无湿润期出现。我们认为，北半球高纬冰盖的扩张增加了全球经向温度梯度，导致更偏南、下沉的副热带西风急流（Hadley环流下沉支），副热带高气压控制整个阿拉伯半岛，那里大气沉降会抑制对流降雨（图3b）。我们的研究结果强调了阿拉伯半岛干旱演化与轨道尺度气候变率之间的联系，包括季风和北半球冰盖动力学。

图3 阿拉伯半岛在湿润（a）和干旱（b）期驱动风尘产生的气候控制模式图

Liang Zhou, Zhaoxia Jiang*, Juan C. Larrasoaña, Sanzhong Li, Qingsong Liu, Liang Chen, Zhengxin Yin, Wanxin Liu, Yulong Guan, Yuzhen Zhang, Yuewei Hu., 2024. Aridity record of the Arabian Peninsula for the last 200 kyr: Environmental magnetic evidence from the western equatorial Indian Ocean. Quaternary Science Reviews, 341, 108876.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2024.108876