[중국] 실크로드의 일반적인 기후변화과정을 뒤엎은 연구
중국과학원 지구화학연구소 Bing Hong 연구원이 이끌고 있는 과제팀과 프랑스, 일본 연구원들로 구성된 연합연구팀은 산업혁명부터 지금까지 200여 년간 사이에 중국 신강위구르자치구(Xinjiang Uygur Autonomous Region) 지역의 기후가 계속 전체적으로 급속히 습윤되는 과정에 있다는 것을 제시했다. 이 지역의 여름 강수량은 서력 1800년부터 갑자기 증가되고 이는 인류활동으로 인한 온실효과가 건조한 중앙아시아 지역의 기후변화에 미친 영향을 강조한다.
이 연구팀은 신강 우루무치(Wulumuqi City) 동남방향 약 45km에 있는 채와포 이탄지(Chaiwopu peatland)에서 이탄(peat)을 샘플링하여 이탄섬유소(peat cellulose)를 추출하여 이탄섬유소 샘플의 방사성탄소 연령(radiocarbon age)과 안정한 탄소동위원소의 구성을 측정했다. 휴즈효과(Hughes effect)를 제거한 후 이탄섬유소의 안정한 탄소동위원소 구성은 여름 강수량에 대한 민감한 대체지표이다.
과거 1000년간 신강 지역에서 여름 강수량과 대기 CO2 농도, 그리고 북반구 평균기온 변화 사이의 확실한 상관성이 발견되었다(그림 참조). 중세기 기후 이상기에 비교적 높은 대기 CO2 농도와 기온변화에 호응되어 신강의 여름 강수량은 약간 감소되었다. 약 1800년에 시작한 세계산업혁명에 따라 인류활동으로 방출한 대기 CO2의 농도는 급속히 증가되었고 북반구 평균기온은 신속히 상승했으며 이탄섬유소의 안정한 탄소동위원소가 지시한 신강 여름 강수량도 급히 현저하게 증가했고 이 추세는 현재까지 지속된다.
이 발견은 과거 지구온난화 조건에서 “습윤지역은 더욱 습윤되고 가뭄지역은 더욱 가뭄된다”는 인식을 바꾸어 전지구에서 가장 건조한 구역 중의 하나인 중앙아시아 지역도 이 조건에서 습윤된다는 것을 증명했고 이는 전지구 기후 모델에 대한 새로운 시뮬레이션 결과에 적합하다.
이 연구에서 신강 채와포 이탄섬유소 탄소동위원소 기록에 의하면 사실상 과거 8500년부터 신강 지역의 여름 강수량은 일종의 파동 속에서 완만하게 증가하는 장기적인 추세가 있었다. 이런 증가하는 전반적 추세에 여러 건의 천년 스케일인 돌연변이적 여름 강수량 증가 사건이 추가되었다. 이런 현상은 동 시기에 적도 태평양에 나타난 엘리뇨(El Nino) 같은 상태와 관련되고 이로 인해 동아시아 여름계풍이 증가되고 북서 방향으로 확장하여 중국 서북 가뭄지역에 많은 수분을 수송한다. 최근 1000년에서야 기후모드가 중대한 변화가 일어났다. 특히 최근 200년간 인류활동이 기후변화에 영향을 미치는 중요한 요소 중의 하나가 되었다.
이 연구보고에 의하면 여름 강수량이 장기적으로 증가되는 것은 지역의 생태와 환경품질을 개선하는 데 유리하다. 역사에서 지금까지 약 5000~4000년 전 사이에 그 여름 강수량 급속증가 사건, 즉 신강 지역의 생태와 환경품질이 개선된 사건은 타클라마칸 사막(Taklimakan Desert)의 유명한 개울무덤 등이 고고학에서 증명되었다. 현재 지구온난화 환경에서 실크로드(Silk Road) 구역에서는 하나의 역사적인 기후습윤 기회를 직면하고 있고 이는 가뭄지 토양 속의 기본 영양원소의 생물, 지구, 화학적 순환평형에 유리하고 가뭄과 사막화를 완화하는데 유리하며 실크로드의 경제발전에도 유리하다. 이 연구는 국가자연과학기금 프로젝트(41173127, 41373134)의 지원을 받았다.
그림 : 과거 1000년간 신강위글족자치구 여름 강수량과 이에 관련된 비교내용. (a) 남극 Siple 관측소 빙핵(ice core)에서 추출한 CO2의 탄소동위원소(H. Friedli et al. 1986). (b) 남극 빙핵 기체에서의 CO2 농도. 그중, 담청색인 CO2 농도 데이터는 WAIS 빙핵에서 추출(J. Ahn et al. 2012), 농청색인 CO2 농도 데이터는 Siple 관측소 빙핵에서 추출(H. Friedli et al. 1986) (c) 재현한 북반구 평균기온(M. Mann, 2007) (d) 채와포 이탄섬유소 탄소동위원소가 지시한 여름 강수량(녹색 곡선). 그 중, 노란색 곡선은 C.L. Schelske et al. (1995) 방법을 이용하여 서력 1840-1950년 사이의 휴즈효과를 제거한 교정곡선이고 점선은 관련된 문헌의 추측값이다. MAC는 중세기 기후이상기, LIA는 소빙기(Little Ice Age), IE는 산업혁명시대을 의미한다. 녹색삼각형은 교정된 14C 연령이고 녹색중공삼각형은 14C의 참고 연령이다.
地化所在丝绸之路气候研究中获进展
由中国科学院地球化学研究所洪冰研究员课题组与法国、日本研究人员组成的联合研究小组指出，自工业革命至今的二百来年期间，中国新疆地区的气候一直处在总体上急速变湿的过程中。该区的夏季降雨自公元1800年起就开始突然增加，突显了人为活动形成的温室效应对干旱的中亚地区气候变化的影响。
该科研组在新疆乌鲁木齐市东南约45公里的柴窝铺采得泥炭柱样，从中提取出泥炭植物纤维素，测定了泥炭纤维素样本的放射性碳年龄和稳定碳同位素组成。扣除了休斯效应影响后的泥炭纤维素稳定碳同位素组成是夏季降雨的敏感代用指标。首次发现在过去的一千年中，新疆地区夏季降雨与大气CO2浓度及北半球平均气温变化之间有很好的相关性 (如图)。相应于中世纪气候异常期稍高的大气CO2浓度和气温变化，新疆夏季降雨稍增加；相应于小冰期时期稍低的大气CO2浓度和气温变化，新疆夏季降雨稍减少。随着约公元1800年启动的世界工业革命，人为活动释放的大气CO2浓度急速增加，北半球平均气温快速攀升，由泥炭纤维素稳定碳同位素指示的新疆夏季降雨也突然明显增加，其增加的趋势持续到现代。这个发现突破了过去认为在全球变暖条件下，“湿的区域变得愈湿，干的区域变得愈干”的认识，证明即使在全球最干区域之一的中亚地区，在全球变暖条件下也在变湿，支持了全球气候模型新的模拟结果。该成果已被Nature旗下的综合性刊物Scientific Reports于6月13日发表。
该研究报告指出，新疆柴窝铺泥炭纤维素碳同位素记录还揭示，事实上自过去8500年以来，新疆地区夏季降雨就呈现一种在波动中缓慢增加的长期趋势。在这一总的增加趋势上，叠加有几个千年尺度的、突然的夏季降雨增加事件。这些长时间尺度夏季降雨增加的现象，可能与同期赤道太平洋出现的类厄尔尼诺状态有关，它们导致东亚夏季风强度增强，向北向西扩展，给中国西北部干旱地区输送去更多水汽。只是到最近一千年气候模式才发生重大变化，特别是到近二百来年，人为活动成为影响气候变化的重要因素之一。
该报告认为，夏季降雨的长期增加有利于改善区域生态和环境质量。历史上，在距今约 5000至4000年期间的那次夏季降雨突然增加事件，就曾经导致新疆地区生态和环境质量得到改善，可从塔克拉玛干沙漠中著名的小河墓地的考古发现中得到佐证。在当前全球变暖背景下，丝绸之路区域正迎来一个气候变湿的历史机遇，有利于干旱地土壤中基本营养元素生物地球化学循环的平衡，有利于干旱和沙漠化的缓解，有利于丝绸之路经济带的发展。
该研究获国家自然科学基金项目（41173127, 41373134）资助。
过去一千年新疆夏季降雨及其相关对比。(a). 由南极Siple 站冰芯中提取的CO2的碳同位素组成 (H. Friedli et al. 1986)。(b). 南极冰芯气体中CO2的浓度。其中，浅兰色的CO2浓度数据来自WAIS冰芯 (J. Ahn et al. 2012)，深兰色的CO2浓度数据来自Siple 站冰芯 (H. Friedli et al. 1986)。(c). 重建的北半球平均气温 (M. Mann, 2007)。(d). 柴窝铺泥炭纤维素碳同位素指示的夏季降雨 (绿色曲线)。
其中，黄色曲线是利用C.L. Schelske et al. (1995) 的方法，在公元1840至1950期间扣除了休斯效应后的校正曲线，虚线为根据相关文献的推测值。MCA指中世纪气候异常期，LIA指小冰期，IE指工业时代。绿色实心三角形指示校正的14C年龄，绿色空心三角形指14C参照年龄。
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