安第斯山脉的“气候记忆”？南美冰原见证16000年气候变迁

全球气候变化，尤其是温室气体（如二氧化碳）浓度的上升，已经引起了全球范围内的关注。气候变化对生态系统、人类社会和自然环境的影响日益显著。因此，了解气候变化的历史和机制对于应对当前和未来的气候挑战至关重要。虽然大多数气候研究集中在北半球和全球尺度，但热带地区尤其是安第斯山脉热带地区这样的特定区域往往缺乏详细的气候历史记录。安第斯山脉热带地区作为气候研究中的一个关键区域，其气候变化的具体机制和影响尚未得到充分探讨。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，2024年8月12日，美国布朗大学的研究团队发布了一项开创性的研究，揭示了16,000年来安第斯山脉热带地区气候变化的关键驱动因素。这项研究首次提供了该地区过去16,000年的高分辨率温度记录，强调了二氧化碳浓度和洋流在温度波动中的重要作用。相关研究成果已发表于《美国国家科学院院刊》。

上图：布朗大学的研究团队强调了热带安第斯山脉过去16,000年的气候历史，其中包括厄瓜多尔卡哈斯国家公园的拉古纳·亚维库（Laguna Llaviucu）等地区。照片：马克·布什（Mark Bush）图片来源：布朗大学官网

布朗大学地球、环境与行星科学系的科学家Boyang Zhao是该研究的首席作者，他指出：“以往的气候变化研究主要集中在北半球或南半球，因为这些地区对全球气候有着重要影响。然而，我们现在要探讨的是，热带地区温度历史的驱动因素，以便将这些数据应用于其他热带地区。”

该研究提供了关于不同地区如何影响其他地方温度和天气的独特视角，揭示了区域气候如何与全球气候变化相互联系。Zhao解释说：“我们的证据表明，这一地区的温度更多地受到南半球的影响，例如南极地区。”

该研究团队分析了来自厄瓜多尔卡哈斯国家公园的拉古纳·亚维库湖的沉积物样本。通过对这些样本的测量，研究发现热带安第斯地区的温度变化与过去16,000年的全球气温升降密切相关。研究结果表明，二氧化碳浓度是这些温度波动的主要驱动因素。

具体而言，研究发现约17,000~14,000年前，当二氧化碳浓度增加时，热带安第斯地区的温度也随之上升，而12,000年前二氧化碳浓度保持稳定时，温度也维持在相对稳定的水平。这些发现支持了先前研究中对二氧化碳作为全球气温变化关键驱动因素的认定。

此外，研究还揭示了洋流在温度变化中的作用。约14,500年前的南极冷逆转期间，向北洋流的增强使得更多的热量被运送到北方，同时南方海面温度下降，这种冷却效应扩展到了热带安第斯地区。

为了重建过去的气候条件，该研究团队分析了2009年由佛罗里达理工学院的Mark Bush收集的脂质生物标志物和氢同位素数据。脂质生物标志物是提供关于过去温度和降雨模式线索的化学化合物。高分辨率的数据结合准确的年代学技术，使得研究团队能够创建一个详细的16,000年气候变化时间线。

图片来源：PNAS

这是首次利用有机生物标志物对南美洲热带地区的气候历史进行定量重建，这在传统上是非常困难的。研究还指出了区域性温度模式的差异，例如安第斯山脉热带地区和东南亚在某些历史时期变凉，而非洲等地区则没有发生类似变化。研究还显示了地方因素如何帮助抵消全球二氧化碳水平上升的影响。

布朗大学的研究团队计划继续探索该地区的过去温度模式，因为历史气候记录在这一地区往往不完整。James Russell教授表示：“山地环境是地球上对气候变化最敏感的区域之一。事实上，未来高山脉的热带地区，如安第斯山脉，预计将经历仅次于北极的最快升温速率。”

海湿·小百科

01安第斯山脉热带地区

安第斯山脉热带地区（Tropical Andes）是位于南美洲的安第斯山脉的一部分，横跨赤道区域的高山系统。该地区的气候和生态系统受到独特的地理和气候条件的影响，对全球气候变化研究具有重要意义。

02沉积物样本

沉积物样本（sediment samples）是从湖泊、河流、海洋等沉积环境中采集的物质，通常由矿物质颗粒、有机物和化学成分组成。这些样本具有分层结构，每一层记录了特定时间段的环境和气候信息。通过分析沉积物中的化学成分、同位素比率和化石，科学家可以重建过去的气候条件、追踪环境变化、研究古代生物和评估污染历史。这使得沉积物样本成为研究地球历史和环境变化的重要工具。

03脂质生物标志物

脂质生物标志物（lipid biomarkers）是指沉积物、岩石、土壤和其他环境样本中存在的有机化合物，这些化合物源于生物体内的脂质（脂肪）并可以用来提供关于过去环境和气候条件的信息。脂质生物标志物通常来源于植物、微生物、动物等生物体内的脂质。不同生物体和生物群落产生的脂质成分各不相同。这些化合物在生物体死亡后沉积到沉积物中，保留了古环境和气候的线索（不同生物体的脂质成分具有特异性，能够反映特定的生物来源和环境条件）。脂质生物标志物在沉积物中相对稳定，不容易降解，因此，可以保存很长时间。常用的分析法包括气相色谱质谱联用（GC-MS）、高效液相色谱（HPLC）、碳同位素分析、有机溶剂萃取等等。

从应用上来讲，分析沉积物中的脂质生物标志物可以帮助重建古气候条件。例如，植物来源的脂质可以反映古植被类型，进一步推测当时的气候条件。而且，脂质生物标志物的变化可以揭示过去生态系统的变化，如湿地与森林的转变，或者湖泊与陆地的关系变化。通过分析脂质成分，可以研究古代生物群落的组成和演变，了解不同生物群体在特定历史时期的相对丰度和多样性。一些脂质生物标志物可以作为地质年代学的标记，用来确定沉积物的年代，进而帮助推测古环境条件。就像在这篇文章的研究中，通过研究人员从厄瓜多尔的Laguna Llaviucu湖泊采集了沉积物样本，可用里面提取到的脂质生物标志物，来重建、分析安第斯山脉热带地区过去16,000年的气候变化、以及二氧化碳与气候的关系等等。

思考题·举一反三

Q1、为什么科学家们要研究过去的温度和天气？这对我们了解今天的气候有什么帮助？

Q2、如何通过古气候数据进一步揭示二氧化碳浓度与气候变化之间的复杂关系，以改进现代气候模型和预测？

Q3、在低纬度地区（如安第斯山脉的热带地区）所观测到的气候变化模式与高纬度地区（如南极）存在显著相似之处，这是否意味着低纬度地区的气候变化也受到全球气候系统中关键因素的同步影响？如何进一步探究全球气候系统中的不同纬度之间的互动和影响机制？

Q4、有关气候变化对温度变化模式的影响：这项研究里面，温度记录显示了，在冰川终期出现了约4°C的变暖，以及与南极冷却回转（ACR）同时发生的约1.5°C冷却。那么，这种冷却和变暖模式如何影响我们对气候系统中温室气体辐射强迫和海洋热量输送变化的理解？这些发现如何帮助改进气候模型和提高对未来气候变化的预测精度？

Q5、脂质生物标志物在重建古气候条件中扮演了关键角色。如何确保这些化学化合物在沉积物中的稳定性和代表性？此外，脂质生物标志物的数据如何与其他古气候数据源（如冰芯或年轮数据）结合，以提高古气候重建的准确性？

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编译 | 王芊佳
编辑 | Richard
排版 | Richard

参考资料略