地球環(huán)境所揭示約270萬年前北半球冰蓋擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)黃土高原紅粘土向黃土-古土壤沉積體系轉(zhuǎn)變

約270萬年前，上新世向更新世過渡時(shí)期北半球高緯度冰蓋的快速擴(kuò)張，標(biāo)志著晚新生代大冰期的開始，并使地球氣候系統(tǒng)由“單極冰室”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半p極冰室”格局。這一關(guān)鍵氣候轉(zhuǎn)型不僅顯著增強(qiáng)了冰期-間冰期變化幅度，也深刻重塑了全球氣候系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境。黃土高原廣泛發(fā)育的黃土-古土壤與下伏紅粘土風(fēng)成沉積序列，是記錄這一氣候轉(zhuǎn)型的重要陸地檔案。然而，紅粘土向黃土-古土壤沉積的轉(zhuǎn)變顯示在時(shí)間上與北半球冰蓋擴(kuò)張幾乎同步，其內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其與亞洲季風(fēng)演化之間的聯(lián)系仍長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議，成為理解晚新生代氣候變化的重要科學(xué)問題。

針對(duì)這一問題，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所敖紅研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者，以黃土高原東北部保德剖面連續(xù)黃土-古土壤和紅粘土風(fēng)成序列為研究對(duì)象，通過磁性地層學(xué)、巖石磁學(xué)和環(huán)境磁學(xué)分析建立了精確年代框架，確定紅粘土向黃土-古土壤沉積體系的轉(zhuǎn)變發(fā)生在約2.7 Ma。研究發(fā)現(xiàn)，該轉(zhuǎn)變表現(xiàn)為沉積物顏色由深紅轉(zhuǎn)為淺黃，磁化率顯著下降，指示亞洲夏季風(fēng)明顯減弱；這一變化在黃土高原多個(gè)剖面中具有高度一致性，并與北半球冰蓋擴(kuò)張、冰筏碎屑增加、大氣CO?下降及全球降溫等氣候事件同步。進(jìn)一步分析表明，北半球冰蓋擴(kuò)張通過改變緯向溫度與氣壓梯度，削弱夏季風(fēng)、增強(qiáng)冬季風(fēng)，并加劇亞洲內(nèi)陸干旱化和粉塵供給，在強(qiáng)勁冬季風(fēng)輸送下促成黃土在黃土高原的大規(guī)模堆積，從而開啟了典型第四紀(jì)黃土-古土壤沉積體系。

該研究成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Geophysical Research Letters上。李欣霞博士研究生為論文第一作者，敖紅研究員為論文通訊作者。研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金（92479211，42274091），陜西省杰出青年項(xiàng)目（2024JC‐JCQN‐33），以及中國(guó)科學(xué)院黃土科學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)項(xiàng)目（SKLLQGZD2501）資助。

Li, X. X., Ao, H., Huang, C. J., Zhao, X. Y., Kou, J. Y., Sun, Q., et al. Intensification of Northern Hemisphere glaciation triggered the red clay to loess-paleosol shift on the Chinese Loess Plateau 2.7 million years ago. Geophysical Research Letters, 2026, 53, e2025GL119622.

https://doi.org/10.1029/2025GL119622

圖1.?黃土高原保德剖面采樣點(diǎn)位置與野外照片

圖2. 保德剖面的巖性特征和磁性地層以及磁化率結(jié)果

圖3.?黃土高原東亞季風(fēng)與區(qū)域及全球?qū)Ρ?/p>