在黄土高原西部的崇山峻岭间，有一个名为烟雾洞（Yanwu Cave）的隐秘洞穴。近期，课题组博士后张金与博士生唐慧茹在谭亮成老师的指导下，利用这里的石笋，破译了过去 1400 年的 “气候密码”—— 它不仅记录了千年间的冷暖干湿，更揭示了气候、植被与人类社会如何相互影响，甚至改写历史。

01 烟雾洞：为何是它？——聚焦地理位置

要读懂气候，先得选对 “记录者”。烟雾洞的位置，注定了它是理想的 “气候观测站”：烟雾洞（34.56°N, 104.49°E，海拔 2635 m）位于甘肃漳县，地处青藏高原东北缘与黄土高原的过渡带，恰好是亚洲夏季风北界（图1）。这里一边是湿润的森林，一边是半干旱的草原，对全球气候变化极为敏感；同时，它坐落在古丝绸之路东段，历史上王朝更迭、战争迁徙频繁，为研究 “气候 - 社会” 关系提供了天然场景。研究团队在这里采集了一根长 160 mm 的柱状石笋，通过U-Th定年确认：这根石笋从公元 546 年（南北朝时期）一直生长到 1854 年（清朝），500 多个春秋的气候变迁，全被它封存在纹层里。

图1 研究区地理位置

02 石笋怎么 “说话”？——破译指标密码

石笋不会 “开口”，但它的化学成分藏着答案。研究团队通过三种关键指标，解码了气候信号，这一切都清晰呈现在下图中：

1. 微量元素（Sr/Ca、Mg/Ca、Ba/Ca） ：图 2a-c 显示，这三种元素的比值越高，说明当时洞穴上方土壤水分越少 —— 就是 “越干旱”。团队通过主成分分析（PCA）提取出 “PC1 指数”（图 2d），这个指数能解释 66% 的元素变化，成为可靠的干旱指标（PC1 高 = 干旱，PC1 低 = 湿润）；2. 稳定同位素（δ18O、δ13C） ：图 2e-f 显示，这两个指标呈现十年至百年尺度的振荡，从公元1500年至1800年通常值较高，从公元1100年至1300年通常值较低。但因受 “动力学分馏效应”影响，与微量元素（Sr/Ca、Mg/Ca和Ba/Ca）表现出较低的相关性；3. 气候阶段划分：从图 2 的紫色、绿色竖线可明确看到：中世纪暖期（MCA，约 1100-1300 年）PC1 值低，对应 “暖湿气候”；小冰期（LIA，约 1500-1800 年）PC1 值高，对应 “冷干气候”，且小冰期的 PC1 波动更剧烈 —— 说明当时旱涝更频繁。

图2 多指标重建水文气候变化

03 干旱如何改写历史？——解读社会现象

最令人震撼的，是石笋记录与历史事件的“精准同步”。区域水文气候与历史蝗灾事件对比图（图4）和年代际-多年代际水文气候变异对比图（图5），揭开了“气候如何触发社会动荡”的真相：

明朝灭亡的“气候推手”：图4的阴影区显示，“明末弱季风期”（1580-1660年）爆发了两次超级大旱——万历大旱（1585-1590年）和崇祯大旱（1637-1643年）。此时图4c（黄河中游干湿指数）、4d（丝绸之路东部干旱指数）均飙升至“极旱”，图4e（陕甘蝗灾等级）同步升高（干旱后易爆发蝗灾），图4i（烟雾洞周边干旱事件）更是直接记录了灾难性的干旱与饥荒；唐朝衰落的“气候伏笔”：图5d（历史干旱事件）显示，公元832-834年连续干旱、904年严重干旱，都与图5b（石笋IMFs1-3变率）的“极端值”对应，这些干旱加剧了唐朝后期的饥荒与战乱，成为王朝崩溃的重要诱因之一；小冰期的“气候脾气”：图5a（渭河下游洪水记录）、5c（陇西干旱频率）显示，小冰期（LIA）的洪水、干旱频率显著增加，与图5b（石笋年代际变率）的“剧烈波动”完全同步——说明小冰期的气候“更极端”，对人类社会的冲击也更大。

图3 区域水文气候与历史蝗灾事件对比

图4 年代际-多年代际水文气候变异对比 

04 气候变率的 “幕后黑手”，找到了！

为什么小冰期的气候这么 极端？研究团队揪出了三个关键 “推手”：

厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）：图 6b-e 显示，小冰期时，热带太平洋的 “厄尔尼诺信号”（如湖泊沙含量、南方涛动指数 SOI、Niño4 海温）更活跃 —— 厄尔尼诺会削弱亚洲夏季风，减少向黄土高原的水汽输送，直接导致干旱；总太阳辐射（TSI）：小冰期太阳辐射下降，给地球的热量变少，间接打乱了大气环流；北大西洋涛动（NAO）：中高纬度的NAO波动通过西风带影响到黄土高原，加剧了这里的旱涝交替，让这里的气候更不稳定。

图5 YW-2 PC1年代际 - 多年代际水文气候变率（IMF1+2+3）增强的潜在驱动机制图（与 TSI、ENSO 对比）

05 这根石笋，对今天有什么用？

这根来自烟雾洞的石笋，不只是“历史档案”，更是“未来预警”：黄土高原西部仍是气候敏感区，全球变暖背景下，极端干旱可能更频繁；而“气候-人类-植被”的互动规律提醒我们：保护生态不能只看“天”，更要平衡人类活动与自然的关系。读懂这根石笋的千年日记，我们才能更清醒地面对未来的气候挑战。

 研究成果近期发表在Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology期刊上，中国科学院地球环境研究所博士后张金和博士生唐慧茹为共同第一作者，谭亮成研究员为通讯作者。研究工作得到国家杰出青年科学基金（42325705）、中国科学院战略性先导科技专项B类项目、中国科学院西部交叉团队项目（xbzg-zdsys-202217）、中国博士后科学基金（2024M753202）等的联合资助。

Zhang, J., Tang, H., Zhang, H., Sinha, A., Ma, L., Zang, J., Li, Y., & Tan, L. (2025). Decadal to centennial scale hydroclimate oscillations on the western loess plateau during the past 1400 years. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 678, 113235. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.113235