Climate and environmental evolution in the Huola Basin of the Mohe permafrost region, Northeast China, since late MIS 3

在位于中国东北部的寒冷北方深处，那里的土地一年中的大部分时间都锁在冰层之中，那里坐落着一片承载着地球气候秘密历史的景观。这个地区是横跨北半球的广袤多年冻土带的一部分，在这里，大地本身就像一个巨大的、缓慢移动的档案馆。多年冻土简单来说就是至少连续两年保持冻结状态的土壤或岩石，而在这些高纬度地区，它对温度和水分的变化极其敏感。当气候变暖时，这片冻结的土地会融化，释放出水分并改变其上能生长的植物；当气候变冷时，地面重新冻结，将一切锁定在原地。科学家们早已知晓，这些地区的植被——无论是茂密的森林、稀疏的灌木丛，还是潮湿的沼泽——并非只是被动地存在。相反，植物会与冻结的地面进行积极的相互作用，改变土壤吸收热量的方式以及水分流动的路径。理解冰、植物与空气之间这种微妙的舞蹈至关重要，因为随着当今世界的变暖，这些冻结的景观正在发生快速变化，我们需要了解它们在过去是如何表现的，以便预测它们的未来走向。

为了揭开这段历史，研究人员在位于大兴安岭北部的一个小山谷——火罗盆地中钻出了一个深孔。他们提取出了一段沉积物核心，这是一根长约四米的土柱，在过去的三万年里缓慢积累而成。这段核心就像是一部写在泥土里的时间线，每一层都代表了过去的章节。通过仔细检查被困在泥土中的微小植物残骸、沙粒和粉砂的大小以及土壤的磁性，研究小组得以重建出一幅详细的图景，展示了这一偏远盆地的气候和环境在数千年中是如何变化的。他们使用了两种不同的方法来为这些层位定年：一种是测量有机物质中放射性碳的衰变，另一种是计算矿物颗粒在黑暗中埋藏的时间。这些技术使他们能够构建出一个可靠的时间轴，一直追溯到世界进入上一个大冰期的时候。

火罗盆地核心所揭示的故事是一个充满剧烈变革的过程，分为四个截然不同的篇章。第一章涵盖了从三万年前到两万六千年前的时期，描绘了一个严酷且干燥的世界。在此期间，植被极其稀疏，只有极少数零星分布的松树在排水良好的地点艰难生存。当时的地面可能处于冻结且贫瘠的状态，使得大多数植物难以扎根。随着时间线进入第二章，即从两万六千年前到一万三千年前，气候达到了最寒冷和最干燥的顶点，这正值上一个大冰期的巅峰时期。这是多年冻土扩张的最盛时期，冻结的地面向南大幅度延伸。植被依然稀薄，以生命力顽强的松树为主，但整体植物生命力如此匮乏，以至于沉积物中的花粉数量非常低。这一时期的土壤颗粒细小而脆弱，表明流经山谷的水流微弱且迟缓，无法携带大量的沙子或粉砂。

随着世界开始变暖，发生了一个显著的变化，标志着从一万三千年前到八千年前的第三章。这是一个冰川消退的时代，巨大的冰盖开始退缩。火罗盆地随之迎来了一场生命的爆发：灌木和草本植物迅速扩张，填补了冰川退缩后留下的空隙。这一时期的沉积层讲述了一个水流强劲的故事；颗粒变得更加粗大，表明融化的冰雪和积雪正通过强劲的水流冲刷着山谷，重塑着景观。这一时期虽然凉爽但正在逐渐变暖，植被的回归有助于稳定土壤。最后，第四章从八千年前开始并持续至今，展现了一个既寒冷又异常潮湿的景观。茂密的松树和桦树林在此扎根，山谷底部变成了一个繁荣的泥炭沼泽，即一种死掉的植物物质以厚层堆积的湿地。这一上层土壤的磁性有所增强，这是一种迹象，表明土壤变得更加肥沃和发育成熟，而这一过程在温暖潮湿的条件下表现得最好。

这项发现之所以特别引人入胜，是因为火罗盆地讲述了一个与其他地区不同的故事。虽然在近几千年的气候变冷过程中，该地区以南的许多区域变得更加干燥，但火罗盆地却变得更加湿润了。研究人员发现，这并非数据错误，而是一种由冻土本身驱动的真实现象。随着近几千年来气候的变冷，多年冻土重新扩张，充当了一个不透水的屏障，阻止了水分向地下深处渗透。这使得水分被拦截在表面，为泥炭沼泽和喜湿植物的繁荣创造了理想条件，即便空气变得更加寒冷。这产生了一个正反馈循环：气候变冷加强了多年冻土，而多年冻土保持了地面的湿润，进而支持了某种在寒冷潮湿条件下茁壮成长的特定森林类型。这一机制解释了为什么火罗盆地在保持郁郁葱葱、湿润环境的同时，邻近地区却趋于干旱。

研究结果显示，该核心样本与世界其他地方（从格陵兰岛的冰盖到日本海的海平面）的记录高度吻属，证实了中国这一偏远盆地的气候变化是全球模式的一部分。然而，局部细节表明，东亚夏季风和多年冻土的独特行为在塑造当地环境方面发挥了关键作用。研究指出，这些高纬度地区的未来很大程度上取决于冻土与植被之间的这种相互作用。如果由于全球变暖导致多年冻土持续退化，那么维持这些沼泽数千年湿润状态的微妙平衡可能会被打破，可能导致景观变得更加干旱和荒芜。通过回顾过去的三万年，研究人员为理解这些冻结景观可能如何演变提供了坚实的依据，通过观察过去，为引导我们理解未来提供了清晰的视角。