随着全球气候变暖的加剧，人类活动所产生的温室气体排放预计将引发全球范围内显著的水循环变化，对生态环境、水资源和粮食安全构成严重威胁。特别是在亚热带地区，气候模型预测未来几十年内可能面临更为严峻的干旱。然而，地质记录的研究表明，海洋-大气系统的升温可能会导致亚热带地区更加湿润。这些预测与地质记录之间的差异，限制了我们对全球变暖事件后水文循环恢复时间的准确量化，即水文循环恢复到变暖前状态所需的时间。而这对于制定有效的应对策略，以保障全球生态环境的稳定与可持续发展至关重要。
晚古新世至早始新世时期的气候以极端温室条件为特征，常被视为模拟未来人为气候变化可能引发最严峻情景的理想参考。近期，中国科学院地质与地球物理研究所的李金华研究员团队与澳大利亚国立大学、荷兰乌特勒支大学等多家国际科研机构合作，综合运用岩石磁学、电子显微学和地球化学技术，以意大利古比奥镇西北部地区沉积岩为研究对象（图1），通过重建晚古新世至早始新世（约5200-5700万年前）西特提斯古地中海地区的水文气候条件，探讨了全球变暖对原地中海大陆地区水文循环的影响。
图1 研究区域示意图，左侧显示其古地理位置，右侧为该区域在意大利的现今位置
研究团队通过地球化学和岩石磁学分析发现，在干旱条件下，尽管磁性矿物的总体含量减少，赤铁矿的相对含量却显著增加。基于这一发现，提出了一种全新的干湿指数，即利用赤铁矿的相对含量作为衡量气候干旱和温暖条件的重要指标（图2）。结果显示，与碳循环扰动相关的全球变暖事件加剧了原地中海大陆地区的干旱，支持了全球变暖将导致地中海地区干旱加剧的科学预期。此外，研究还发现，通常由轨道变化（米兰科维奇周期）驱动的降水模式在极端温暖事件期间受到严重干扰，进一步加剧了干旱状况。更令人担忧的是，在晚古新世至早始新世期间发生的最显著全球变暖事件后，水循环的恢复时间竟然超过了2万年（图2）。
综上所述，这一研究结果深刻揭示了全球变暖对水文循环的持久影响，强调了地中海地区日益加剧的干旱化风险。提醒我们，避免人为气候变化带来的长期负面影响迫在眉睫，这不仅关乎未来的生态平衡，更关系到人类的可持续发展。
图2 原始地中海大陆区域的干/湿指数（上图）显示了长期干旱化趋势，以及在全球变暖和碳循环破坏事件期间迅速转向干燥条件的变化（下图）。虚线框内突出显示了全球变暖事件后水循环恢复的时间尺度
研究成果发表于国际学术期刊Nature Communications（Victor A. Piedrahita, Andrew P. Roberts, Eelco J. Rohling, David Heslop, 赵翔, Simone Galeotti, Fabio Florindo, Katharine M. Grant, 胡鹏翔, 李金华*. Dry hydroclimates in the late Palaeocene-early Eocene hothouse world [J]. Nature Communications, 2024, 15: 7042. DOI:10.1038/s41467-024-51430-6.）。研究得到了国家自然科学基金（项目号：42225402, 41920104009 和 42388101）、中国科学院国际博士后交流项目-人才引进计划及澳大利亚研究委员会（项目编号：DP200100765和DE190100042）的资助。