横亘于中蒙边界的戈壁荒漠，对于我们并不陌生。自秦起，“大漠”一词便常见于史书。在“封狼居胥”、“昭君出塞”、“勒石燕然”这些耳熟能详的典故之中，“漠南”和“漠北”都是绕不开的地理坐标，这里的“漠”大多指的是戈壁荒漠。这里气候干旱、风雨无常，千百年来人们逐水草而居。忆往昔，它的“脉动”决定着游牧民族的兴衰，深刻影响了中华民族历史走向；看今朝，它是东亚沙尘暴的主要源区，其边缘更是荒漠化防治的主战场，分量依然不轻。全球变暖背景下，生态脆弱的戈壁荒漠将何去何从？深入剖析它的环境演化历史对评估其未来变化趋势至关重要。最近，浙江大学地球科学学院李鸿威副教授和杨小平教授等在国际著名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）刊文，介绍了戈壁荒漠东部古水文与古气候研究最新成果。

图1 戈壁荒漠古湖岸线：秋高气爽，马啸西风（李鸿威摄于2019年9月）

1     瀚海拾贝，重构古湖

荒漠地区风蚀强烈，经过数万年的剥蚀改造，古环境的沉积记录早已面目全非、所剩无几，对这些残存记录测年更是一个艰巨挑战。因此，在茫茫荒漠之中寻找并拼接这些“记忆碎片”困难重重，关于戈壁荒漠的环境变化历史一直争论颇多。为了解开谜团，研究团队开展了多年野外考察，行程数千公里，在戈壁荒漠东部发现了大量古水文证据。

研究团队首先利用遥感影像与数字高程模型，对研究区的地貌进行了详细研究和判读。在10余万km²范围内的多处发现了古湖岸线、沙嘴和三角洲等湖滨地貌遗迹（图2）。这些湖滨地貌将一个复杂而庞大的古水文网呈现了出来。区域内含有多个古湖盆，其高程不尽相同。例如，地貌证据显示，南部湖盆（SB）的最高水位达1025 m左右，另外在海拔1000 m左右发育有另一套古湖岸地貌，东部湖盆（EB）水位更高，而北部湖盆（NB）和西南湖盆（SWB）的最高水位可能在990 m附近。这些湖盆之间有古河道相连，且古河道的纵断面高程与湖滨地貌高程刚好一致。研究团队解释，这并非简单巧合，而是反映了这一地区古湖水位受地形控制，每当上游古湖水位达到外流古河道高程时，湖水便通过河道排到下游湖盆，从而形成了河湖相间串珠状的水文格局。

图2 遥感影像与数字高程模型显示的部分古水文地貌证据

那么，这些地貌展示的古湖信息是否准确可靠呢？古湖又是何时存在的呢？回答这些问题，还需要野外考察验证，寻找古湖的沉积学证据并对其进行测年。

功夫不负有心人，经过多次考察，研究团队先后在南部湖盆与西南湖盆多处地层中发现了水生软体动物化石（贝壳，见图2、3），且其分布高程与湖滨地貌的高程一致。在湖滨地貌附近多处发现了大量砂砾石沉积地层，并且向湖盆中心倾斜，砂砾石地层顶部均有一薄层沙黄土。砂砾石沉积应该是湖水作用的结果，在部分砂砾石地层中还发现了对称波痕，也说明当时的沉积环境是湖泊而非河流（图3）。这些沉积地层与地貌证据相吻合，都表明曾经有湖泊存在。沙黄土则是干旱气候下风力搬运的产物，指示了后来湖泊的干涸消失。

图3 戈壁荒漠古大湖的湖滨沉积地层、化石及部分年龄结果（kyr和ka均代表“千年”）

古湖定年一直是荒漠环境变化研究的关键和难点，也是相当一部分争论的症结所在。为了得到一个可靠的古湖泊年龄，项目团队采用了多种测年手段：1）利用¹⁴C和铀系方法对贝壳测年；2）采用释光方法对砂质沉积物测年；3）利用铀方法对湖泊干涸之后形成的方解石进行测年。对不同方法的结果进行仔细分析并交叉检验，最终确定在近12万年以来发育过两次古湖，分别为距今12-8万年前（末次间冰期）和6700年前（全新世中期）左右，其中前者湖泊范围最大，面积达15500 km²左右，贝壳也出现在这一时期（图4）。这是目前为止戈壁荒漠地区发现的同期面积最大的古湖。

图4戈壁荒漠东部古大湖范围

2     按图索骥，重建气候

发现的化石和重建的湖泊范围都反映了与现在截然不同的气候条件。当时的降水量和温度与现在相比到底有多大差别？这是所有古环境研究都想回答的问题。

论文第一作者李鸿威老师介绍说，河蚬对低温敏感，如今1月平均气温低于-8℃的地区很少有河蚬，而发现河蚬化石的地点目前1月平均气温只有-18℃，说明末次间冰期的冬季气温可能比现在高10℃以上。当时全球气候变暖，北极海冰消失，东亚冬季风可能显著减弱。这与当前观测到的全球变暖对东亚冬季风的影响显著不同。近些年来，北极变暖、海冰收缩，但东亚及北美中纬度地区的冬季反而变得更加寒冷，一些学者解释为北极变暖导致西风环流更为不稳定，从而使更多极地气团南下降温。这个研究说明，可能还存在另一种模态：极地与中纬度地区冬季同步变暖，这对于我们评估当前的全球变暖具有很强的启示意义。

化石也指示了当时的降水。纹沼螺属于淡水物种，河蚬也只能生活在淡水或微咸水环境中，如今这一地区湖泊盐度与年降水量密切相关，以此推断，末次间冰期降水至少比现在多1倍。研究团队还利用水量平衡模型对末次间冰期和全新世中期的降水进行了定量重建。结果显示，这两个时期的降水量比现在分别高出120-150%和80-110%左右。在末次间冰期，东亚夏季风显著增强，用于指示湿润气候的800 mm等降水量线可能北移至戈壁荒漠南缘（图5）。

图5 古降水定量重建结果（右下图为现代年降水量分布）

3     后湖时代，影响几何？

全球来看，荒漠地区古水文遗迹是粉尘（沙尘暴）的主要源区，气候寒冷的冰期粉尘通量更大。东亚和北太平洋粉尘记录显示，虽然距今2万年前后的末次盛冰期气候更冷、风力更强，但其粉尘通量却低于距今6-7万年时期。论文作者李鸿威认为，这可能与末次间冰期戈壁荒漠的湿润气候有关，当时湿润的气候导致戈壁荒漠发育了大量的古水文网，距今7万年前后，戈壁荒漠气候变干，干涸的河床和湖底在风力作用下释放了大量的粉尘，从而导致东亚和北太平洋粉尘通量异常偏高。

这一研究展示了戈壁荒漠在过去两个间冰期之间剧烈的环境变化，证明了荒漠在古气候重建及的价值以及对全球粉尘的重要作用。整体来看，在气候较为温暖的间冰期，戈壁荒漠东部更为湿润，河湖发育；而在气候寒冷的冰期，戈壁荒漠东部更为干燥少雨，强风将气候湿润期的河湖沉积物剥蚀搬运，导致粉尘释放增强。

那么，如此推断，是否意味着目前的全球变暖会导致戈壁荒漠再次气候变湿、碧波荡漾呢？李鸿威认为，还不能这样简单下结论，因为古气候研究的是千年、万年尺度的整体气候状况，目前尚无法得到戈壁荒漠在百年、十年尺度上的气候信息。过去的温暖间冰期虽然气候整体湿润，但我们不能排除可能存在百年、十年尺度上的气候干旱事件。对于脆弱的人类社会，在变暖的整体趋势下，即使百年、十年尺度这种短期的干旱也会带来难以承受之重。因此，面对气候变化，我们马虎不得。

论文标题“East Gobi megalake systems reveal East Asian Monsoon dynamics over the last interglacial-glacial cycle”；DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37859-1）。