2019/08/21 [榮譽] 賀本院地質科學系沈川洲教授與研究團隊研究成果榮登「美國國家科學院院刊(PNAS)」!
兩千七百年中印太地區熱帶降雨紀錄

世界人口總量高達百分之四十的低緯熱帶地區,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,臺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。它的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。

臺大地質系沈川洲國家講座教授(亦為臺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,經過十年的努力,重建兩千七百年以來,處於低緯熱帶的東南亞降雨紀錄以及兩千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(108)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》,沈川洲教授為本文章之通訊作者。

團隊於西元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,對其中三支石筍進行精確沉積年代分析,最好的定年誤差,小到僅有五個月;團隊同時測量碳酸鈣的氧同位素比值,每筆資料代表三至六年,尤其是最近兩百七十年,資料精細度平均來說高達每年兩筆。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,團隊共花了十年時間,重建東南亞兩千七百年以來精確降雨歷史。

結果顯示,過去兩千多年以來,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,夏季太陽輻射量在兩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以及1910年以後;西元400-800與1400-1800年則是相對濕潤期。團隊還發現十四世紀末期至十五世纪初,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十五世紀走向衰亡產生一定影響。

本研究另一項重要貢獻是,建立間熱帶輻合帶兩千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。

這篇研究是由臺大地質系沈教授與施路易教授 (Dr. Ludvig Löwemark) 主導,第一作者為2012-13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、臺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。


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.

文章參見
https://www.pnas.org/content/early/2019/08/06/1903167116

 


研究成果聯絡人
沈川洲國家講座教授
臺灣大學地質科學系
電話:(02) 3366-5878
Email: river@ntu.edu.tw

 

 

 
圖一: 臺大地質系沈川洲教授(左)與第一作者譚亮成研究員(右)。
 
圖二: 泰國南部喀斯特石灰岩地形一。
 
圖三: 泰國南部喀斯特石灰岩地形二。
 
圖四: 泰國南部石灰岩洞穴。
 
圖五: 圖五:泰國南部可蘭洞 (Klang Cave) 入口。
 
圖六: 研究人員在泰國南部可蘭洞 (Klang Cave) 合影。
 
圖七: 臺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。
 
圖八: 泰國南部可蘭洞。
 
圖九: 本研究使用的三支採自泰國可蘭洞石筍標本之切面照片。橢圓是進行礦物分析的位置。
 
 
圖十: 吳哥窟遺址 (共同作者Dr. Sakonvan Chawchai 攝影與授權)。
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