2,700 年中印太地區熱帶降雨紀錄,大洪水事件或導致吳哥文明消失

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 21 日 14:07 | 分類 環境科學 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


世界人口總量高達 40% 的低緯熱帶地區,擁有地球上最重要的降雨帶──間熱帶輻合帶(Intertropical Convergence Zone;ITCZ),總雨量為全球的三分之一,台灣即地處在這個區域的北緣。此區同時也是最重要生態圈,有極豐富的生物多樣性,也是全球能量與水氣的來源地。水文與地理位置若產生些微變化,往往會造成生物圈與文明的大災難。

台大地質系沈川洲國家講座教授(亦為台大理學院全球變遷研究中心主任),在科技部長期支持下,執行卓越領航計畫,帶領國際團隊,利用泰國南部石筍同位素資料,經過 10 年的努力,重建 2,700 年以來,處於低緯熱帶的東南亞降雨紀錄及 2,000 年的間熱帶輻合帶南北漂移歷史。此科學界首次精確建立的紀錄,同時揭露現代北半球熱帶乾旱趨勢可能只是自然的水文震盪,以及大洪水事件也許是導致吳哥文明消失的原因。研究成果於今年 8 月 12 日刊登在頂尖期刊《美國國家科學院院刊》《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》,沈川洲教授為本文通訊作者。

▲ 泰國南部可蘭洞 Klang Cave 入口。

團隊於 2010 年 7 月,前進東南亞,深入泰國南部石灰岩洞穴──可蘭洞(Klang Cave) 工作,申請取得珍貴石筍標本。研究人員使用領先國際的鈾釷定年技術,對其中 3 支石筍進行精確沉積年代分析,最好的定年誤差,小到僅有 5 個月;團隊同時測量碳酸鈣的氧同位素比值,每筆資料代表 3~6 年,尤其最近 2,700 年,資料精細度平均來說高達每年 2 筆。透過洞穴觀測、現代儀器降雨紀錄,以及百年區域與全球現代觀測資料分析,前前後後,團隊共花了 10 年時間,重建東南亞 2,700 年以來精確降雨歷史。

▲ 台大地質系沈川洲教授與施路易教授 Dr Ludvig Löwemark 在泰國南部可蘭洞進行洞穴觀測計畫,分析溫度與濕度以及採集洞穴滴水。

結果顯示,過去 2,000 多年以來,地區性降雨量呈長期下降趨勢,與東南亞和赤道以北的其他熱帶地區,如中美洲、加勒比海的古水文紀錄一致;但與赤道以南的熱帶地區,例如非洲東部、西太平洋、太平洋東部和南美等地區的降雨增加趨勢,則恰巧相反。這種南北半球熱帶地區千年降雨的反相關係,主要是受到地球繞太陽的軌道週期尺度上,夏季太陽輻射量在 2 個半球強度的消長所造成。

泰國石筍紀錄也揭露許多數十年到百年的東南亞乾濕交替時期,其中明顯乾旱發生於西元 950~1150、1200~1350 及 1910 年以後;西元 400~800 與 1400~1800 年則是相對濕潤期。團隊還發現 14 世紀末期至 15 世纪初,持續數十年的極端強降雨,與柬埔寨吳哥文明時期的大洪水及排水系統的破壞時間一致,顯示氣候變化可能對高棉帝國在 15 世紀走向衰亡產生一定影響。

▲ 泰國南部可蘭洞。

本研究另一項重要貢獻是,建立間熱帶輻合帶 2,000 年來的南北飄移紀錄。研究發現在千年尺度上,因南半球的溫帶溫度相對於北半球比較高溫,導致此降雨帶在印度洋/太平洋區長期向南漂移。

在百年尺度中,目前北半球熱帶乾旱的趨勢與 11~12 及 15 16 世紀時期相似,是降雨帶南移造成,似乎是自然的水文震盪;所以現在的北半球乾旱現象,是否受到全球暖化影響,需要更進一步釐清。但假如這種北旱南澇的趨勢不變,熱帶區域的生態系統將會隨降雨帶的飄移而改變,也會影響到各國水資源的分配相關問題。

這篇研究是由台大地質系沈教授與施路易教授(Dr. Ludvig Löwemark) 主導,第一作者為 2012~2013 年間於沈教授計畫下擔任博士後研究員的譚亮成研究員(現任職西安中科院地球環境研究所)。這項重大成果是由科技部卓越領航計畫、教育部深耕計畫、台大前瞻領航計畫與永續地球尖端科學研究中心共同資助;合作單位包含來自亞、澳、美以及歐洲各大學與研究所等共 17 個單位。

▲ 左起科技部自然司副司長陳小玲、臺大理學院院長吳俊傑、科技部主任秘書陳宗權、臺大地質系沈川洲國家講座教授。

 

註 1:發表資訊:Tan, L.*, Shen C.-C.*, Löwemark L., Chawchai S., Edwards R. L., Cai Y., Breitenbach S. F. M., Cheng H., Chou Y.-C., Duerrast H., Partin J. W., Cai W., Chabangborn A., Gao Y., Kwiecien O., Wu C.-C., Shi Z., Hsu M.-H., and Wohlfarth B.(2019) Rainfall variations in central Indo-Pacific over the past 2700 years. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
註 2:文章參見 https://www.pnas.org/content/early/2019/08/06/1903167116