末次冰期阶段的千年尺度气候事件，如 Dansgaard–Oeschger 事件和 Heinrich 事件，通常被归因于与冰盖动力学相关的机制。然而，值得注意的是，在地球两极缺乏冰盖发育的背景下，类似的高频千年尺度气候事件同样有所表现。事实上，对中生代和古生代此类气候事件的系统梳理表明，千年尺度气候事件在不同气候背景条件下均有发生（图1）。显然，这些极端气候事件不可能全部用冰盖动力学过程加以解释。那么，如何理解在两极少冰甚至无冰时期所观测到的千年尺度气候旋回？是否存在某种普适机制，能够解释千年尺度气候事件为何在不同气候状态下持续存在？这些极端气候事件在未来气候条件下是否仍可能重演？

图1. 中生代和古生代时期记录的千年尺度气候事件的时空分布（A，C），以及显生宙以来的冰量发育情况（B）

为了回答上述问题，我校王成善院士团队博士后张治锋在黄永建副教授的指导下，联合比利时鲁汶大学André Berger和尹秋珍教授，以及西安交通大学程海教授等，依托松辽盆地大陆科学钻探井岩心材料，开展了高分辨率岩心扫描工作，获取了晚白垩世陆相百年分辨率的气候记录（图2A&B）。结合元素地球化学、矿物学证据及生物扰动模型，识别出周期为~1-6kyr的干湿气候振荡信号，该信号在同期南大洋海相沉积中也有记录。此外，最显著的~5kyr信号的振幅呈现出与短偏心率（~100kyr）相当的周期。由于晚白垩世早期属于典型的温室气候时期，这些识别出的千年尺度气候信号显然无法用末次冰期千年气候事件的成因机制加以解释。

那么，如何理解这些白垩纪千年尺度气候旋回呢？由于地球自转轴相对于公转平面具有约23.5°的倾角，地球气候系统表现出春、夏、秋、冬的季节变化。在此基础上，各季节所接收到的太阳辐射强度取决于季节发生时刻相对于近日点和远日点的位置，该关系受气候岁差的调制，其主要周期为19kyr和23kyr，从而在轨道尺度上重分配季节性太阳辐射。相较于热带以外地区，赤道地区的太阳辐射在一年中出现两次最大值，分别对应春分和秋分，并在夏至和冬至出现两次辐射最小值。这种一年中两次辐射峰值与两次低谷的交替变化，使赤道地区所接收到的太阳辐射的季节性差异在一年内出现四次极值。因此在一个‘气候岁差’周期内，气候系统对岁差引起的辐射变化产生四次响应，从而出现1/4岁差周期，即约~5 kyr的气候振荡周期（图2C）。由于气候岁差受偏心率调制，因此这些~5kyr气候信号的强度也受偏心率调制。

图2. 松辽盆地晚白垩世千年尺度干湿气候重建及其解释机制。A, 基于松科二井岩心材料获取高分辨率灰度序列过程; B, 松辽科钻岩心记录的~5kyr尺度干–湿气候旋回; C, 赤道太阳辐射理论曲线及产生的5千年周期信号; D&E, 灰度及Ca/Ti时间序列的谱分析及高阶相干性谱分析。

基于晚白垩世松辽盆地干–湿气候重建结果与理论赤道辐射计算，研究表明：气候岁差参数，即缓慢变化的轨道尺度太阳辐射强迫，能够激发周期约为~5 kyr的高频气候事件。高阶谱分析进一步表明，这些~5kyr信号还可以通过非线性过程衍生出1.8-4kyr的更高频气候震荡（图2D&E）。这意味着，白垩纪陆相沉积记录中所观测到的千年尺度气候振荡，几乎均可归因于天文岁差参数的作用。

鉴于由地球岁差运动所引起的太阳辐射变化在整个地质历史时期始终存在，千年尺度气候事件在地质历史中持续出现便具有了合理的物理解释。

该研究不仅为千年尺度气候事件贯穿整个地质历史提供了新的解释框架，而且由于气候岁差参数在未来可通过天文计算精确预测，这也意味着未来类似的千年尺度气候振荡在理论上具有可预测性。

该研究得到了深地国家科技重大专项（2024ZD1001105）、国家自然科学基金（42272134、42488201、42502020、42172137）、国家重点研发计划（2023YFF0804000）、中央高校基本科研业务费（2652023001）、中国博士后科学基金（GZC20241605、2025M770431）以及比利时国家科研基金会（T.0246.23、T.0037.22）的资助。

上述研究成果发表于《Nature Communications》：Zhang, Z. F., Huang, Y. J., Wang, T. T., Yin, Q. Z., Da Silva, A. -C., Lee, E. Y., Yang, H. F., Ma, C., Cheng, H., Berger, A., Wang, C. S., 2025. Precession-induced millennial climate cycles in greenhouse Cretaceous. Nat. Commun., 16, 10696 (2025).

全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66219-4