深藏洞穴的石笋，如同大自然的“录像带”，忠实记录了地球过去的气候变迁。它的氧同位素（δ¹⁸O）信号，已成为研究气候和环境变化的“金钥匙”。在东亚季风区，华南中部的石笋δ¹⁸O记录被长期视为响应夏季降水δ¹⁸O变化、指示亚洲夏季风强度变化的基准。然而，一个困扰科学界二十余年的谜题始终未解：为何华南中部甚至东亚石笋δ¹⁸O记录未呈现出全球气候系统中普遍存在的冰期-间冰期气候旋回特征？它们究竟记录的是什么气候信号？

近日，中国科学院地球环境研究所黄土与气候变化研究团队，联合西安交通大学、美国俄亥俄州立大学和南京大学等多家国内外研究机构，开展了地质记录与数值模拟相结合的综合研究，成功破解了这一“气候谜题”。研究揭示，华南中部石笋δ¹⁸O记录不仅保存了夏季降水的信号，还包含了冬、春、秋季等非夏季降水的信号。这一多季节“混合效应”的识别，为重新理解石笋δ¹⁸O记录的气候意义打开了全新视角。

现代观测显示，在华南地区，δ¹⁸O值偏负的夏季降水（6-8月）仅占全年降水的不足50%（图1），而非夏季降水占比较高，且δ¹⁸O值显著偏正。这意味着，长期以来将石笋δ¹⁸O简单解释为夏季降水δ¹⁸O信号的做法存在偏差，因为石笋主要是由不同季节降水混合的地下滴水形成。而评估这种夏季和非夏季降水的“混合效应”影响的关键难点，在于缺乏独立记录夏季降水δ¹⁸O信号的地质记录。

图1. 研究地点和区域气候背景。

为此，研究团队创新性地利用黄土沉积中的一种次生碳酸盐——生物微钙体（由植被根细胞被钙化后形成的微小碳酸钙颗粒，主要形成于夏季），重建了过去40万年以来夏季降水δ¹⁸O变化历史。结果显示，虽然生物微钙体δ¹⁸O记录在2.3万年岁差周期上与石笋δ¹⁸O记录表现出相似的变化，但其在间冰期强夏季风时期出现了明显偏负的δ¹⁸O值，展现出显著的10万年冰期-间冰期气候周期特征（图2C，蓝色），与石笋δ¹⁸O记录（图2C，橙色）仅仅显示2.3万年岁差周期不同。这一差异首次明确揭示：华南中部石笋δ¹⁸O记录确实受到夏季和非夏季气候信号“混合效应”的显著影响，不能简单等同于夏季降水δ¹⁸O或夏季风强弱变化的信号。

图2. 40万年以来记录对比。（A）深海有孔虫δ¹⁸O记录 (Lisiecki and Raymo, 2005)；（B）黄土高原西部黄土磁化率 (Sun et al., 2021)；（C）生物微钙体δ¹⁸O记录（蓝色）和石笋δ¹⁸O记录 (橙色，Cheng et al., 2016)；（D）夏季太阳辐射 (Laskar et al., 2004)。

数值模拟结果表明，强夏季风时期，虽然夏季降水的δ¹⁸O趋于偏负（通常被认为是夏季风增强的表现），但华南地区非夏季降水占全年降水的比重甚至超过60%，降低了夏季信号在石笋δ¹⁸O记录中的“主导作用”，合理解释了为何间冰期强夏季风时期δ¹⁸O值未展现出显著偏负的状况，掩盖了10万年冰期气候旋回的节律。

这一新发现破解了我国东部石笋δ¹⁸O记录研究中长期悬而未决的科学难题，强调了在解读“自然气候档案”时要关注气候季节性的关键作用。同时，该研究也为东亚和全球石笋δ¹⁸O记录物理意义的再认识提供了新思路。

该成果发表在美国科学院院刊（PNAS）上。章泽科博士为第一和通讯作者，安芷生院士和蔡演军教授为共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、崂山实验室、中国科学院、西安交通大学和美国科学基金等项目的联合资助。

文章：Z. Zhang, Z. Liu, G. Li, Y. Cai, Q. Wen, H. Cheng, R. L. Edwards, J. Lei, H. Liu, Z. Jing, T. Li, S. C. Clemens, Y. Wang, Y. Sun, Z. Shi, L. Tan, S. Kang, X. Wang, Z. Jin, W. Zhou, and Z. An. Summer and nonsummer climatic signals in speleothem δ¹⁸O revealed by loess microcodium δ¹⁸O in East Asia. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122(28), e2425565122 (2025).

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2425565122

数据链接：黄土科学数据中心（https://doi.org/10.12262/IEECAS.EAPSD2025006）