圖為仰韶文化彩陶碗，這一時期陶器表面多繪制當時自然界中常見的魚、鹿、植物等花紋。
 

 
位于山西西部呂梁山頂，名為“公海”的藍色小湖。
 


圖為河南省三門峽市仰韶文化博物館內的復原圖，可以看出草木繁茂的景象。

 
    在黃土高原上有個名叫“公海”的藍色小湖，它只有0.36平方公里，最深處只有10米左右，然而，在這個靜謐的小湖泊底部，埋藏著一把“鑰匙”，它可以開啟距今約14700年的舊石器末期和新石器時代的古氣候記憶之門，這“鑰匙”就是湖底沉積巖石中殘存的陸生植物枝干、樹葉、孢子和花粉。近日，蘭州大學陳發虎團隊和河北師大等多家國內外研究單位合作，在這個未被人類活動干擾的高山湖泊中找到了這把“鑰匙”，重建了14700年前至今東亞夏季風導致的降水變化，首次提供了東亞夏季風演變的直接證據，準確還原了孕育仰韶文化的氣候和自然環境背景。

    A.據古季風演化可推測未來氣候

    東亞夏季風的強度變化，控制著該地區水文和生態變化。東亞夏季風對世界三分之一人口的經濟和社會活動產生著顯著影響。在歷史時期，東亞夏季風變化甚至與朝代的興衰之間有較為密切的關聯——我國旱作農業區的降水多寡受控于季風強弱。如果季風增強，降水增多，農作物豐收，人們就安居樂業；如果季風減弱，降水不足，農作物歉收，在特定的社會經濟背景下，就容易造成社會動蕩不安。長期以來，東亞夏季風導致的降水異常可能引發嚴重的旱澇災害，也可能導致極端干旱事件發生，從而產生水資源匱乏、生態環境惡化等一系列問題，嚴重威脅人類生存環境。

    在如今全球變暖的趨勢下，東亞夏季風降水會如何變化？可能造成哪些環境和社會影響？應該采取何種應對措施？這是學術界和公眾極為關注的重要科學問題，而深入理解自然狀況下夏季風變化歷史和驅動機制，是解答這一問題的前提和基礎。

    近幾十年來，科學家分別用黃土、冰心、沉積巖等地質載體來研究古氣候變化。2001年，《科學》雜志發表了一篇用石筍氧同位素重建冰消期季風的文章，科學家們開始利用石筍中的氧同位素來反演古季風的演化過程，由于具有準確定年和高分辨率的優勢，石筍氧同位素迅速成為國際流行的反映季風變化的代用指標，并認為其記載亞洲季風演化與太陽輻射變化具有長周期上的“同步性”。

    石筍是一種碳酸鈣結晶沉積物，位于溶洞底部，呈尖錐體，生長速度與其所處的地理位置和洞穴環境有關。然而，近年來，石筍氧同位素指示東亞夏季風變化的觀點受到諸多挑戰，科學家開始從不同角度來認識中國季風區石筍氧同位素的古氣候意義，提出了“環流效應”“冬季溫度效應”等觀點。“起初，對于石筍氧同位素可以測定東亞夏季風變化，我們也深信不疑。”陳發虎說，“然而，越來越多的證據顯示，來自亞洲季風區不同地域的所有石筍氧同位素變化基本一致。具體到東亞，這種石筍氧同位素的一致信號本身就與東亞季風區南北降水差異存在矛盾，因此難以將其作為東亞夏季風的可靠指標。事實上，石筍氧同位素記錄的是降水氧同位素信號，而降水氧同位素的變化并不能直接等同于季風降水量和夏季風強度的變化。”

    B.仰韶文化古氣候樣貌得以還原

    既然石筍氧同位素不能作為東亞夏季風的可靠指標，那么開啟古氣候變化的“鑰匙”到底藏在哪里？陳發虎介紹，從2007年起，他們這個研究小組就開始進行不斷探索，并最終將目標鎖定在位于山西西部呂梁山頂上，一個名叫“公海”的藍色小湖。“這是一個未被人類活動干擾的高山湖泊，水面面積0.36平方公里，最大水深只有10米左右。”陳發虎說，研究小組在冬季湖面結冰后，在湖中心的冰面上放置打鉆平臺，向湖底打鉆取得約10米長的沉積巖心。回到實驗室，研究小組將巖心平均分成1厘米的小段，用碳14對巖心中的陸生植物殘體（樹枝、樹葉）進行測年。再利用離心等方法，提取巖心中的孢粉（孢子、花粉），測量植被的變化。最終，通過這些植被的變化得出東亞夏季風降水的變化曲線圖。

    結合北半球的溫度曲線圖，距今14700年前舊石器時代黃土高原的樣貌得以還原——那時候，冰雪王國一般的地球剛剛經歷了一個寒冷的“冬季”，從冰期進入間冰期，氣候變暖，冰川逐漸消融。到距今7000年到5000年，黃土高原迎來了近萬年降水最多的時期，華北地區降水量比現代高30%。

    雨水豐沛，森林茂密，松樹、櫟樹、樺樹、云杉、胡桃等植物繁茂生長，仰韶文化正是在這樣的氣候特征下孕育、興盛。仰韶文化指年代約為公元前5000年—公元前3000年前，屬于新石器時代范疇，是一個以農業為主的文化時期，豐沛的降水對其發展和繁榮至關重要。仰韶文化分布在整個黃河中游，從今天的甘肅省到河南省之間，向人們展示了中國母系氏族制度繁榮至衰落時期的社會結構和文化成就。

    C.古氣候演變之門開啟

    從東亞夏季風導致的降水變化以及溫度的整體曲線來看，溫度越高，季風越強，降水越多。末次冰消期以來，多次全球性降溫事件都導致了東亞夏季風快速衰退和降水量驟降，例如在距今12900年—11700年前，地球經歷了一個長達1200年的氣候強變冷的“春寒期”即新仙女木期，在距今600年—150年前，地球經歷了距今最近的一次冰川前進時期，即常說的小冰期，當時東亞夏季風降水量均出現了明顯的減少。而從近些年的觀測來看，隨著全球變暖，季風強度卻在減弱，降水量也相應降低。陳發虎表示，這可能與人類活動造成的溫室氣體升高有關。

    在季風驅動機理方面，研究小組通過距今8500千年、6000年和現代的數值模擬發現：雖然東亞夏季風總體上受到北半球夏季太陽輻射的驅動，但在早全新世還受到高緯度地區冰量變化的調制。在最近4000年來，低緯度地區的厄爾尼諾—南方濤動變化也對季風變化產生了重要影響。

    在國家自然科學基金委和科技部等機構的共同資助下，陳發虎的研究小組首次重建了從14700年前至今東亞夏季風降水變化歷史，為亞洲季風變化及相關工作提供了可資對比的高分辨率定量降水記錄，對季風驅動機理研究作出了貢獻。

    他們用湖泊巖心孢粉記錄恢復的東亞夏季風降水變化情況也與多個歷史事件吻合，古氣候的大門由此成功開啟。

    而且，這個研究結果表明石筍氧同位素記錄并不能代表東亞夏季風的真實變化，“石筍指標記錄的可能是大尺度的環流信息，不過，這也還等待著科學家們去研究。”該研究團隊青年骨干陳建徽博士說。

    (本報通訊員 劉曉倩 本報記者 宋喜群)