西地中海盆地被认为是受气候变化影响最严重的地区之一(MedECC等人,2020年;IPCC,2022年)。该地区的温度已经比工业化前(1861-1890年)高出1.5°C,而同期全球平均温度上升了1.1°C。自1950年以来,年降水量减少了20%,尤其是在地中海南部和东部。
如今,西地中海的气候在冬季受到北大西洋涛动(NAO)的强烈影响(Hurrell,1995年;Trigo等人,2004年),而在夏季,由于哈德莱环流(Hadley cell circulation)向北移动,形成了该地区的典型干旱季节。另一方面,由于热带辐合带(ITCZ)的迁移,亚热带地区通过季风对地中海气候也产生了重要影响(Collins等人,2017年;Lionello等人,2012年;Lionello等人,2006年;Toucanne等人,2015年)。
突尼斯位于温带和热带地区之间,因此对气候变化极为敏感。它将地中海分为西部和东部两个流域,形成了受多种因素影响的复杂气候。了解从末次冰盛期(Last Glacial Maximum,LGM)至今自然机制对地中海气候的影响,对于改进未来气候预测至关重要。
来自海洋岩芯(Collins等人,2017年;Essallami等人,2007年;Kallel等人,1997年,2004年;Magny等人,2013a年;Rouis-Zargouni等人,2010年)、湖泊水位(Magny等人,2011年;Tinner等人,2009年;Vegas等人,2010年)以及洞穴沉积物(Ait Brahim等人,2017年,2018年,2019年,2023年;Bernal-Wormull等人,2023年;Couchoud等人,2009年;Genty等人,2005年,2006年,2014年;Hoffmann等人,2016年;Moreno等人,2010年;Ruan等人,2016年;Sha等人,2019年)的古气候研究表明,自末次冰盛期以来,地中海的气候和植被一直受到大西洋、亚热带地区以及地中海内部动态相互作用的影响。
在过去的3万年中,西地中海的海洋同位素阶段2(MIS 2;约29-11.7万年前)以干燥和寒冷的条件为特征,半沙漠植被占主导地位(Fletcher和Sánchez Go?i,2008年;Penaud等人,2010年;Stambouli-Essassi等人,2007年)。末次冰盛期(LGM,约29-18万年前)对应了一次重大的全球气候变化,全球冰盖体积达到最大,海平面降至最低。地中海在LGM时期的温度比现在低约6至7°C(Beghin等人,2016年;Essallami等人,2007年)。
来自阿尔博兰海(Combourieu Nebout等人,2002年;Fletcher和Sánchez Go?i,2008年)、亚得里亚海(Combourieu-Nebout等人,1998年;Giunta等人,2003年)和塔尔赫尼安海(Kallel等人,1997b)的花粉、浮游有孔虫、甲藻囊和烯酮数据表明,海因里希事件H1(约17.5-16万年前;相当于最古老干旱期(Oldest Dryas)期间,地中海的气候干燥且寒冷。这一时期西地中海的降温幅度比东地中海更剧烈(Desprat等人,2013年;Essallami等人,2007年;Fletcher和Sánchez Go?i,2008年;Jedoui等人,2001年;Magny等人,2013b;Rouis-Zargouni等人,2010年)。此外,从西西里-突尼斯海峡采集的海洋岩芯中的花粉记录显示,在GI-1时期(14.6万至13.1万年前),特别是突尼斯中南部地区的植被以半沙漠植物为主,表明在末次冰消期的一部分时间里气候非常干燥(Desprat等人,2013年)。这项后续研究指出,在YD(Younger Dryas)-全新世过渡期间,尽管温度有所上升,但由于缺乏水分,树木和灌木的扩张受到显著限制,直到大约10.1万年前才有所改善。10.1万至6.6万年前植被覆盖的变化表明,地中海中南部的气候较为湿润,这与Sapropel 1时期有关,而在全新世中期至晚期则变得更加干燥(Desprat等人,2013年)。
欧洲的石笋记录显示,在末次冰消期期间存在明显的气候对比。在西班牙的梅拉维尔洞穴(Meravelle Cave,40°56′N),18.13万至16.17万年前经历了湿润阶段,对应于最古老干旱期(Oldest Dryas,OD)(Pérez-Mejiás等人,2021年)。更北边的肖韦洞穴(Chauvet,44°23′N)和维拉尔斯洞穴(Villars,45°26′N)的洞穴沉积物在16万年前后才开始生长,标志着在寒冷干燥的LGM条件后的气候改善(Genty等人,2006年;Rozanski等人,1993年)。这一16万年的分界线也出现在高分辨率的西班牙记录中,对应于OD/GS 2-1a第二阶段气候改善的开始(Bernal-Wormull等人,2021年;Pérez-Mejiás等人,2021年)。
更南边的米内洞穴(Mine Cave,35°56′N,突尼斯)的连续记录不仅涵盖了冰消期和OD时期,还包括LGM时期,表明当时的条件足够湿润,足以维持滴水渗透和洞穴沉积物的生长(Genty等人,2006年)。这些发现凸显了BA(Boreal Age)期间的南北梯度:格陵兰岛降温而地中海升温。相比之下,位于大西洋附近的奥斯托洛洞穴(Ostolo Cave,西班牙西北部)的记录与NGRIP记录高度同步,在整个BA期间显示出稳定的同位素信号(Bernal-Wormull等人,2023年)。最后,在许多记录中,YD时期的过渡非常突然。在米内洞穴和维拉尔斯洞穴的石笋中,降温可能发生在12.7万至12.9万年前(Genty等人,2006年)。其他西班牙洞穴也观察到了类似的快速过渡:埃尔平达尔洞穴(El Pindal,Moreno等人,2010年)、拉加玛洞穴(La Garma,Baldini等人,2019年)、奥斯托洛洞穴(Bernal-Wormull等人,2021年;Moreno等人,2014年)以及霍洛赫洞穴(H?lloch Cave,阿尔卑斯山),其记录与格陵兰岛的记录非常相似(Li等人,2020年)。然而,在受大西洋环流影响较小的地区,这种过渡的突然性仍不确定。
YD时期之后,地中海的全新世气候趋势存在争议。一些记录表明西西里和北突尼斯等地区的气候较为湿润,而其他记录则显示全新世早期较为干燥,尤其是在法国西南部和西西里,大约从7千年前开始转为更湿润的条件(Desprat等人,2013年;Magny等人,2011年;Peyron等人,2012年;Sadori和Narcisi,2001年)。在西班牙,洞穴沉积物显示全新世早期的夏季干燥,冬季有降雨,7千年前至5千年前降雨量逐渐偏向夏季。总体而言,西地中海的全新世气候演变可以分为三个阶段:最初湿润的时期(直到7.0千年前),7.0千年前至5.5千年前的过渡期,以及从5.5千年前至今的逐渐干燥化(Finné等人,2011年;Jalut等人,2009年;Pérez-Obiol等人,2011年)。
在欧洲,利用洞穴沉积物进行古气候重建的方法已经相当成熟,但在北非仍然较为罕见(Ait Brahim等人,2017年,2023年;Ruan等人,2016年;Sha等人,2019年;Wassenburg等人,2013年)。一项关于米内洞穴(Min-stm1)石笋的开创性研究表明,该石笋在22.4万至5.6万年前持续生长,记录了BA期间的逐渐升温,YD开始时(约12.8万年前)的突然降温,以及随后直到9.8万年的气候改善(Genty等人,2006年)。然而,这一早期记录的平滑同位素趋势需要更高分辨率的数据来验证。
在本文中,我们提供了来自同一洞穴(Min-stm2)的新记录,通过28U-Th年龄测定,并进行了高分辨率的稳定同位素分析。该记录提供了关于LGM、末次冰消期和全新世期间气候事件的更详细描述。结果与Min-stm1以及西地中海地区的陆地和海洋档案进行了比较。最后,我们讨论了太阳辐射、冰盖强迫以及低至中纬度大气环流的作用,包括可能与非洲和亚洲季风动态的潜在联系。