至少1100万年前就已存在的撒哈拉-阿拉伯沙漠（Crocker et al., 2022），作为地球上最大的生物地理屏障之一，阻碍了非洲和欧亚大陆间包括古人类在内各物种的迁徙与扩散。然而晚中新世和更新世的化石证据表明(Groucutt et al.,2021; Bibiet al., 2022)，在撒哈拉-阿拉伯沙漠内部曾间歇性存在依赖河流和湖泊等水源生存的动物群；200万年前古人类进入欧亚大陆最早的证据也表明这道屏障曾经可以穿透（Zhu et al, 2018.）。尽管阿拉伯半岛南部和黎凡特地区的石笋记录证明过去110万年中曾存在多次湿润阶段（Nicholson et al., 2020），但人们对此之前阿拉伯地区气候变化各阶段的驱动机制及其持续时间仍知之甚少。
德国马克斯·普朗克化学研究所Markowska、马耳他大学Groucutt等人组成的研究团队，在阿拉伯半岛中部7个沙漠洞穴内采集22根石笋（图1a、图1d），利用铀钍（U-Th）、铀铅（U-Pb）测年法测定74个年代数据，得到过去800万年内阿拉伯半岛中部数次湿润期的具体年代（图2f）。晚中新世至早更新世测得7.44-6.25 Ma，4.10-3.16Ma，2.29-2.01Ma，1.37-0.86Ma四次湿润期。中-晚更新世测得湿润期在冰期-间冰期旋回尺度对应MIS7、11、15阶段，可与现有气候记录实现对比。
图1 极度干旱的阿拉伯中部位于两个水汽系统交界处。a.采样点（黑色五角星）、阿拉伯地区其他石笋研究采样点（蓝色三角形）、海洋钻探研究采样点（红色靶形）具体区位，研究区现代降水约104mm/年；b-c.秋冬（九月至二月）与春夏（三月至八月）降水的年降水占比，黑色箭头为风向，可见研究区秋冬、春夏降水水汽来源不同；d.7个沙漠洞穴石笋采样地（蓝色三角形）及已调查洞穴（黑点）位置
图2 过去800万年来阿拉伯中部反复出现的湿润事件与区域干旱化加剧和北半球经向温度梯度升高有关，MPT后的湿润期比更早的湿润期明显偏干，但还是比现代更湿润。a)北半球降温的各阶段表现，包括北半球冰盖短暂扩张和冰筏沉积的晚中新世全球降温、上新世-更新世过渡期北半球冰量增加、更新世北半球冰盖扩张；b)北半球经向海表温度梯度，800万年来上升趋势明显，晚中新世时曾短暂类似现代情况；c)重大气候事件；d)撒哈拉沙漠粉尘通量；e)阿拉伯海海表温度；f)该研究的石笋测年数据；g)石笋方解石碳酸盐δ18Ocarb值800万年来存在上升趋势，MPT后明显上升，但均显著低于现代降水影响的碳酸盐δ18Ocarb理论平均值（蓝色虚线）；彩色条带为图2g的年代数据频率分布统计
他们的研究揭示阿拉伯半岛中部过去800万年间呈现干湿交替的特征，认为受岁差周期影响的北半球低纬太阳辐射量变化是调节阿拉伯地区干湿程度的重要节拍器。北半球太阳辐射高峰时期，热带辐合带（ITCZ）北移为阿拉伯地区带来更多降水。同时阿拉伯地区湿润事件的发生频率也受冰川边界条件和北大西洋地区变暖程度控制。
利用同位素分析手段，他们发现石笋包裹体水的δ18OFI和δ2HFI在过去800万年的湿润期内不断升高（图3a），反映阿拉伯半岛中部降水水汽来源由南源季风贡献较多的模式，逐步转变为现代夏季西南季风和冬季中纬度西风共同输送模式。阿拉伯半岛中部现代位于两个输送系统边界，因此年降水量极低（图1a-图1c）。
研究发现，石笋方解石的δ18Ocarb均显著低于现代降水影响的碳酸盐δ18Ocarb理论平均值（图2g），表明过去湿润期降水量较现代更高，地下水补给能力更强。中更新世气候转型（MPT）后δ18Ocarb的显著上升，以及偏光显微镜下纹层晶体由透明柱状向彩色/不透明树枝状纤维晶的转变，共同反映出阿拉伯地区季风降水减少的干旱化趋势所导致的地下水有效补给的减少。
过去800万年来石笋包裹体水的δ18OFI和石笋方解石的δ18Ocarb的升高均反映了北半球的降温趋势（图2g，图3c）。他们认为，北极冰盖扩张和哈德莱环流减弱叠加关键气候事件（如摩西拿盐度危机等）使得北半球经向海表温度梯度增高（图2b），导致ITCZ北界的南移，可能是阿拉伯地区晚中新世以来干旱化的驱动机制。更新世以来撒哈拉沙漠粉尘和阿拉伯海陆源物质通量的增加作为冰期干旱期证据同样可以反映ITCZ南移趋势（图2d）。
图3 a.阿拉伯半岛中部石笋包裹体水的氢氧同位素组成反映800万年来古降水水汽来源（实心圆点，颜色表示年代）由早期接近现代全球大气降水（黑色实线）逐步转变为更接近现代阿拉伯地区北部降水（沿海巴林地区为灰色虚线，内陆利雅得地区为红色虚线，利雅得现代降水水汽南北来源均有）；b.该研究石笋包裹体水的氢氧同位素组成（灰色圆点）与阿拉伯地区南部两个洞穴石笋记录的氢氧同位素组成（蓝线，其降水主要源自热带水汽）更加类似；c.石笋流体包裹水的δ18OFI（圆点）均显著低于现代均值，类似石笋方解石碳酸盐δ18Ocarb（图2g）在MPT后有明显上升趋势
晚中新世阿联酋Baynunah组及更新世Nefud沙漠出土的动物化石记录与该研究石笋记录共同指示，湿润期的阿拉伯地区可能曾是非洲和欧亚大陆间重要的间歇性生物扩散通道和混合区(Groucutt et al.,2021; Bibiet al., 2022)。石笋记录明确了800万年以来阿拉伯地区气候适宜期的具体年代，为哺乳动物向半岛内部及其周边地区扩散给予了关键的环境背景。但Baynunah组后将近650万年的化石记录空白期内的数次湿润期是否能够有效支持生物在阿拉伯地区生存与扩散，仍需要未来有新的证据予以证明。
该研究基于石笋放射性测年数据与多指标同位素分析，揭示了阿拉伯半岛中部过去800万年中经历的多次间歇性湿润期。这些湿润期与全球气候变化的耦合机制，为深入理解阿拉伯地区晚中新世以来的气候变化情况及其对生物演化的影响给予了新的直接证据。
（撰稿：张泽昊，段武辉/环境演变与碳循环学科中心）
主要参考文献
Bibi F, Kraatz B, Beech M J, et al. Sands of Time[M]. Springer Nature, 2022.
Crocker A J, Naafs B D A, Westerhold T, et al. Astronomically controlled aridity in the Sahara since at least 11 million years ago[J]. Nature Geoscience, 2022, 15(8): 671-676.
Groucutt H S, White T S, Scerri E M L, et al. Multiple hominin dispersals into Southwest Asia over the past 400,000 years[J]. Nature, 2021, 597(7876): 376-380.
Kaya F, Bibi F, Žliobaitė I, et al. The rise and fall of the Old World savannah fauna and the origins of the African savannah biome[J]. Nature Ecology & Evolution, 2018, 2(2): 241-246.
Markowska M, Vonhof H B, Groucutt H S, et al. Recurrent humid phases in Arabia over the past 8 million years[J]. Nature, 2025. （原文链接）
Nicholson S L, Pike A W G, Hosfield R, et al. Pluvial periods in Southern Arabia over the last 1.1 million-years[J]. Quaternary Science Reviews, 2020, 229: 106112
Zhu Z Y, Dennell R, Huang WW, et al. Hominin occupation of the Chinese Loess Plateau since about 2.1 million years ago[J]. Nature, 2018, 559(7715): 608-612.
张泽昊（博士生）
