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新仙女木事件
來源:互聯網

新仙女木(Younger Dryas,簡稱“YD”)事件是發生在末次冰消期(距今約12900年到11700年)的一次持續約1200多年的氣候快速變冷事件,對全球氣候—生態環境和人類發展進程均產生了重要影響。中國東部陸架海也普遍發現了“新仙女木”事件的沉積記錄,且新仙女木事件后期以來,中國東部陸架可區分出 3 個快速海面上升期和 3 個慢速上升期。

這是目前為止研究最為充分、地質證據最多的一次千年尺度氣候突變事件。然而,其精確起止時間、內部精細結構和氣候觸發—響應機制仍存在較多爭議。

事件命名

新仙女木事件的名字由來是在歐洲這一時期的沉積層中,發現了北極地區的一種草本植物仙女木的殘骸。新東亞仙女木事件(Younger Dryas)、舊仙女木事件(Older Dryas)、中仙女木事件和最古老的仙女木事件(Oldest Dryas)都以仙女木(Dryas octopetala)命名,因為在那個時期的巖心樣本中發現了大量仙女木花粉。在這些寒冷時期,仙女木的分布范圍比現在廣泛得多,因為如今被森林覆蓋的北半球大片地區在冷期被凍原所取代。因此,用寒冷氣候的標志植物仙女木被用來命名北歐地區出現的寒冷事件

事件背景

Science 公布的2018 年十大科學突破之一,是在地球北極圈格陵蘭島西北部的Hiawatha 冰川下,發現了一個直徑約31 km 的大型撞擊坑。Hiawatha 撞擊事件發生在北極圈,可能與地球歷史上導致末次冰期后的新仙女木生態環境變化事件有關。

大型撞擊作用對地球生態環境造成破壞性影響是公眾和科學家共同關注的重大問題之一。

第四紀地質研究表明,自冰河世紀結束以后,地球氣候于大約17000 年前開始變暖,氣溫逐漸回升。兩極、北美和北歐的冰川開始消融,地平線逐漸上升,渤海黃海挪威海的草原被水淹沒。到了13000 年前,北美和北歐的冰雪已經融化了相當大一部分,南北半球春暖花開,一片繁榮景象。但就在大約12900 年前,氣溫又驟然下降了,世界各地轉入嚴寒,兩極和阿爾卑斯、青藏高原等地的冰蓋擴張,許多本來遷移到高緯度地區的動植物大批死亡,包括長毛猛象和其他生物的滅絕,也讓美國印第安克洛維斯人從此消失。

全球大部分地區氣溫驟降,在短短幾十年間,全球平均氣溫可能下降了6℃—8℃,地球進入了長達1200年的寒冬。這場突如其來的寒冬結束得也很突然:格陵蘭的冰芯記錄顯示,大約11700年前,當地氣溫在10年內迅速上升了10℃,標志著這段漫長寒冬的結束。這就是地球歷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)作為千年尺度上一次典型的氣候突變事件,導致北大西洋甚至整個北半球大部分地區的快速變冷。

2020年9月8日,美國《國家科學院院刊》刊登了西安交通大學全球環境變化研究院教授程海團隊的研究論文——“新仙女木事件的年代與結構及其指示的氣候機制”。

該研究基于亞洲季風—西風區、北高緯和南美季風區等多個地區的石筍樣品,利用高精度U-Th定年、生長紋層計數和穩定同位素測試分析,獲得了全球多個不同氣候系統下高精度年齡控制的新仙女木事件氣候變化記錄。在此基礎上,通過與南、北極冰芯記錄精細對比發現的高、低緯氣候變化關系極大地促進了我們對氣候突變事件觸發—響應機制的理解。

該研究發現“慧星撞擊”事件可能并不是觸發新仙女木事件的原因,因為經石筍校準的格陵蘭冰芯記錄的新仙女木事件開始時間(距今12870±30年)要早于慧星撞擊時間,即距今12820年的“富鉑”粉塵異常約50年。及提出在進行高、低緯氣候變化精細對比時,“拐點法”要比傳統應用的“中值點法”更具科學性。

2022年12月22日,中國科學院地球環境研究所博士研究生武潔、研究員石正國及合作者,利用過去21,000年瞬變氣候模擬試驗(TraCE 21ka),分析了新仙女木期間亞洲地區氣候特征的響應,特別是東亞夏季風的變化。同時,該研究評估了不同強迫因子下(淡水強迫、溫室氣體、軌道強迫、冰蓋變化)亞洲地區地表溫度和降水的響應。研究表明:在新仙女木期間,由淡水注入引起的顯著降溫從北大西洋蔓延到整個歐亞大陸,造成亞洲地區的不同程度的降溫,這與古氣候代用記錄結果一致;模擬的東亞夏季風顯著減弱,同時東亞、南亞和中亞地區的夏季降水也有所減少;通過對高層環流變化分析得出,北大西洋的劇烈降溫在歐亞大陸的中緯度地區產生了向東傳播的波列,同時,東亞上空海陸熱力差異有所減少,共同導致東亞夏季風環流的減弱。該成果有助于加深科學家對新仙女木時期亞洲地區氣候變化特征的認知,并進一步探究了北大西洋地區如何影響亞洲地區的遙相關機制。

事件影響

氣候環境

新仙女木事件發生在距今約12900年到11700年之間,持續寒冷約1200多年,溫度下降約5-7度以上,是疊加在萬年尺度上快速的變化事件。兩萬年以來,氣候經歷了大幅度的升溫過程,全球升溫約6-9度以上。距今8~6千年是全新世的大暖期,比目前溫度高1-2度;隨著氣候變暖、冰蓋融化,全球地平線比兩萬年前升高了約130多米。

農耕文化

基于農作物馴化需要2-3千年以上長期馴化的認識,在末次冰期氣候寒冷,氣候快速變化,缺少大于2千年以上的溫暖期,此時沒有馴化條件;在全球增溫背景下,在博林暖期氣候變暖、萬物復蘇、人口增加的過程中,突如其來的新仙女木事件造成了氣候的逆轉,打破了人口資源的平衡,陡增了生存性資源壓力,是農業起源的關鍵驅動力,驅動了植物馴化的需求和農業的出現。受新仙女木事件顯著影響的北緯30度三個禾本科繁盛區(中美洲、西亞、東亞),最終成為農業起源中心。

在這兩萬年以來氣候環境的巨大變遷期間,人類社會完成了從長期的漁獵采集到原始農業、文明社會的巨大轉變,分別在中南美洲、西亞和東亞馴化出了玉蜀黍屬、小麥、水稻、粟黍幾種農作物,并形成文化觀念、宗教信仰、社會規則等有顯著差異的東西方文明。

事件觀點

新仙女木事件發生得非常突然,至今仍未有足夠的證據闡明其產生的原因。有關仙女木事件的觸發機制的主要觀點包括融冰淡水驅動假說、彗星撞擊假說、氣候自然變化假說、大氣驅動假說、低緯驅動假說和太陽活動變化等。

彗星撞擊假說

作為比較流行的假說之一,彗星撞擊假說首先是由Firestone 等人于2007 年提出的。Firestone 等人在北美一套形成于12900 年的黑色碳質巖層之下,發現了已經滅絕的更新世巨型動物的原地骨骼,以及克洛維斯人的工具組合,其成果發表在Proc Natl Acad Sci USA。在該論文中,Firestone 等人將克洛維斯期的多處高沉積、磁性顆粒、磁性微球、木炭、碳小球、含納米金剛石的玻璃碳等現象,歸結為一個或多個大的、低密度的天體(如碳質球粒隕石、彗星)在北美北部上空爆炸,部分破壞了勞倫泰德冰原的穩定,并引發了新仙女木期的降溫。沖擊波、熱脈沖和與事件相關的環境影響(例如,大規模的生物質燃燒和食物短缺)促成了北美古美洲人在更新世末期的大滅絕和適應性轉變。

爭議

支持者補充了多個與撞擊作用有關的證據,包括同時期形成的納米鉆石(需在宇宙爆炸產生的高溫和高壓環境下形成)、沖擊變質石英、焦石英、爐渣狀物質等。

反對者也提出了很多質疑,否認撞擊事件導致了新仙女木事件的發生。例如,所謂的碳質球體可能是真菌菌核,并且在加州Channel 島更新世全新世地層中普遍存在,先前被報道的納米鉆石也沒有被再次找到,邊界層中所謂的高濃度銥元素異常沒有得到確認等。

參考資料 >

研究人員解析“新仙女木”事件原因.百家號.2023-08-03

Hiawatha 撞擊作用是新仙女木事件的誘因嗎? |《科學通報》解讀.網易.2023-08-03

呂厚遠:氣候環境和農耕文化奠定了中華文明未斷基礎講堂159-1③.網易.2023-08-03

“新仙女木期”導致地中海水循環加強:13000年前流量翻倍.百家號.2023-08-06

中國東部陸架沉積環境對末次冰盛期 以來海面階段性上升的響應.海洋地質與第四紀地質.2023-08-06

中國陸架海MIS5(74~128 ka)以來地層及其沉積環境.中國地質.2023-08-06

彗星撞擊可能不是觸發新仙女木事件原因.光明網.2023-08-06

新仙女木事件 又與小行星有關?.百家號.2023-08-03

新仙女木事件 又與小行星有關?.光明網.2023-08-03

地球環境所等揭示新仙女木時期東亞季風對北大西洋淡水的響應機理.中國科學院.2023-08-03

程海教授團隊在《PNAS》雜志上發表研究論文.人居環境與建筑工程學院.2023-08-03

“新仙女木”事件又有新發現.陜西傳媒網.2023-08-03

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