新仙女木事件 :一个持续约千年的气候寒冷时期

更新时间:2024-09-20 14:39

新仙女木(Younger Dryas,简称“YD”)事件是发生在末次冰消期(距今约12900年到11700年)的一次持续约1200多年的气候快速变冷事件,对全球气候—生态环境和人类发展进程均产生了重要影响。新仙女木事件后期以来,中国东部陆架可区分出 3 个快速海面上升期和 3 个慢速上升期。

这是目前为止研究最为充分、地质证据最多的一次千年尺度气候突变事件。然而,其精确起止时间、内部精细结构和气候触发—响应机制仍存在较多争议。

事件命名

仙女木事件的名字由来是在欧洲这一时期的沉积层中,发现了北极地区的一种草本植物仙女木的残骸。新仙女木事件(Younger Dryas)、旧仙女木事件(Older Dryas)和最古老的仙女木事件(Oldest Dryas)都以仙女木(Dryas octopetala)命名,因为在那个时期的岩心样本中发现了大量仙女木花粉。在这些寒冷时期,仙女木的分布范围比现在广泛得多,因为如今被森林覆盖的北半球大片地区在冷期被冻原所取代。因此,用寒冷气候的标志植物仙女木被用来命名北欧地区出现的寒冷事件

事件背景

Science 公布的2018 年十大科学突破之一,是在地球北极圈格陵兰岛西北部的Hiawatha 冰川下,发现了一个直径约31 km 的大型撞击坑。Hiawatha 撞击事件发生在北极圈,可能与地球历史上导致末次冰期后的新仙女木生态环境变化事件有关。

大型撞击作用对地球生态环境造成破坏性影响是公众和科学家共同关注的重大问题之一。

第四纪地质研究表明,自冰河世纪结束以后,地球气候于大约17000 年前开始变暖,气温逐渐回升。两极、北美和北欧的冰川开始消融,海平面逐渐上升,渤海黄海挪威海的草原被水淹没。到了13000 年前,北美和北欧的冰雪已经融化了相当大一部分,南北半球春暖花开,一片繁荣景象。但就在大约12900 年前,气温又骤然下降了,世界各地转入严寒,两极和阿尔卑斯、青藏高原等地的冰盖扩张,许多本来迁移到高纬度地区的动植物大批死亡,包括长毛猛象和其他生物的灭绝,也让美国印第安克洛维斯人从此消失。

全球大部分地区气温骤降,在短短几十年间,全球平均气温可能下降了6℃—8℃,地球进入了长达1200年的寒冬。这场突如其来的寒冬结束得也很突然:格陵兰的冰芯记录显示,大约11700年前,当地气温在10年内迅速上升了10℃,标志着这段漫长寒冬的结束。这就是地球历史上的新仙女木事件。

事件原因

新仙女木事件(12.9-11.7 ka BP)作为千年尺度上一次典型的气候突变事件,导致北大西洋甚至整个北半球大部分地区的快速变冷。

2020年9月8日,美国《国家科学院院刊》刊登了西安交通大学全球环境变化研究院教授程海团队的研究论文——“新仙女木事件的年代与结构及其指示的气候机制”。

该研究基于亚洲季风—西风区、北高纬和南美季风区等多个地区的石笋样品,利用高精度U-Th定年、生长纹层计数和稳定同位素测试分析,获得了全球多个不同气候系统下高精度年龄控制的新仙女木事件气候变化记录。在此基础上,通过与南、北极冰芯记录精细对比发现的高、低纬气候变化关系极大地促进了我们对气候突变事件触发—响应机制的理解。

该研究发现“慧星撞击”事件可能并不是触发新仙女木事件的原因,因为经石笋校准的格陵兰冰芯记录的新仙女木事件开始时间(距今12870±30年)要早于慧星撞击时间,即距今12820年的“富铂”粉尘异常约50年。及提出在进行高、低纬气候变化精细对比时,“拐点法”要比传统应用的“中位数点法”更具科学性。

2022年12月22日,中国科学院地球环境研究所博士研究生武洁、研究员石正国及合作者,利用过去21,000年瞬变气候模拟试验(TraCE 21ka),分析了新仙女木期间亚洲地区气候特征的响应,特别是东亚夏季风的变化。同时,该研究评估了不同强迫因子下(淡水强迫、温室气体、轨道强迫、冰盖变化)亚洲地区地表温度和降水的响应。研究表明:在新仙女木期间,由淡水注入引起的显著降温从北大西洋蔓延到整个欧亚大陆,造成亚洲地区的不同程度的降温,这与古气候代用记录结果一致;模拟的东亚夏季风显著减弱,同时东亚、南亚和中亚地区的夏季降水也有所减少;通过对高层环流变化分析得出,北大西洋的剧烈降温在欧亚大陆的中纬度地区产生了向东传播的波列,同时,东亚上空海陆热力差异有所减少,共同导致东亚夏季风环流的减弱。该成果有助于加深科学家对新仙女木时期亚洲地区气候变化特征的认知,并进一步探究了北大西洋地区如何影响亚洲地区的遥相关机制。

事件影响

气候环境

新仙女木事件发生在距今约12900年到11700年之间,持续寒冷约1200多年,温度下降约5-7度以上,是叠加在万年尺度上快速的变化事件。两万年以来,气候经历了大幅度的升温过程,全球升温约6-9度以上。距今8~6千年是全新世的大暖期,比目前温度高1-2度;随着气候变暖、冰盖融化,全球海平面比两万年前升高了约130多米。

农耕文化

基于农作物驯化需要2-3千年以上长期驯化的认识,在末次冰期气候寒冷,气候快速变化,缺少大于2千年以上的温暖期,此时没有驯化条件;在全球增温背景下,在博林暖期气候变暖、万物复苏、人口增加的过程中,突如其来的新仙女木事件造成了气候的逆转,打破了人口资源的平衡,陡增了生存性资源压力,是农业起源的关键驱动力,驱动了植物驯化的需求和农业的出现。受新仙女木事件显著影响的北纬30度线三个禾本科繁盛区(中美洲、西亚、东亚),最终成为农业起源中心。

在这两万年以来气候环境的巨大变迁期间,人类社会完成了从长期的渔猎采集到原始农业、文明社会的巨大转变,分别在中南美洲、西亚和东亚驯化出了玉米、小麦、水稻、粟黍几种农作物,并形成文化观念、宗教信仰、社会规则等有显著差异的东西方文明。

事件观点

新仙女木事件发生得非常突然,至今仍未有足够的证据阐明其产生的原因。有关仙女木事件的触发机制的主要观点包括融冰淡水驱动假说、彗星撞击假说、气候自然变化假说、大气驱动假说、低纬驱动假说和太阳活动变化等。

彗星撞击假说

作为比较流行的假说之一,彗星撞击假说首先是由Firestone 等人于2007 年提出的。Firestone 等人在北美一套形成于12900 年的黑色碳质岩层之下,发现了已经灭绝的更新世巨型动物的原地骨骼,以及克洛维斯人的工具组合,其成果发表在Proc Natl Acad Sci USA。在该论文中,Firestone 等人将克洛维斯期的多处高沉积、磁性颗粒、磁性微球、木炭、碳小球、含纳米金刚石的玻璃碳等现象,归结为一个或多个大的、低密度的天体(如碳质球粒陨石、彗星)在北美北部上空爆炸,部分破坏了劳伦泰德冰原的稳定,并引发了新仙女木期的降温。冲击波、热脉冲和与事件相关的环境影响(例如,大规模的生物质燃烧和食物短缺)促成了北美古美洲人在更新世末期的大灭绝和适应性转变。

争议

支持者补充了多个与撞击作用有关的证据,包括同时期形成的纳米钻石、冲击变质石英、焦石英、炉渣状物质等。

反对者也提出了很多质疑,否认撞击事件导致了新仙女木事件的发生。例如,所谓的碳质球体可能是真菌菌核,并且在加州Channel 岛更新世全新世地层中普遍存在,先前被报道的纳米钻石也没有被再次找到,边界层中所谓的高浓度铱元素异常没有得到确认等。

参考资料

研究人员解析“新仙女木”事件原因.百家号.2023-08-03

Hiawatha 撞击作用是新仙女木事件的诱因吗? |《科学通报》解读.网易.2023-08-03

吕厚远:气候环境和农耕文化奠定了中华文明未断基础讲堂159-1③.网易.2023-08-03

“新仙女木期”导致地中海水循环加强:13000年前流量翻倍.百家号.2023-08-06

中国东部陆架沉积环境对末次冰盛期 以来海面阶段性上升的响应.海洋地质与第四纪地质.2023-08-06

中国陆架海MIS5(74~128 ka)以来地层及其沉积环境.中国地质.2023-08-06

彗星撞击可能不是触发新仙女木事件原因.光明网.2023-08-06

新仙女木事件 又与小行星有关?.百家号.2023-08-03

新仙女木事件 又与小行星有关?.光明网.2023-08-03

地球环境所等揭示新仙女木时期东亚季风对北大西洋淡水的响应机理.中国科学院.2023-08-03

程海教授团队在《PNAS》杂志上发表研究论文.人居环境与建筑工程学院.2023-08-03

“新仙女木”事件又有新发现.陕西传媒网.2023-08-03

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