年际-百年际尺度上全球气候系统的行为与几种机制有关，包括太阳强迫和厄尔尼诺南方涛动（ENSO）等。然而，由于在地层中较难建立年际-百年际的高精度时间标尺，前第四纪的短期气候旋回研究相对较少。渤海湾盆地济阳坳陷始新统沙三下-沙四上亚段页岩中年纹层发育，是高频气候波动研究的良好载体。本研究基于测井曲线-古地磁-岩芯灰度值扫描-XRF元素扫描-电子探针线扫描等多手段，结合天文年代标尺和年纹层时间标尺，识别出始新世温室时期ENSO和太阳活动周期信号，指示ENSO年际变率可能继续存在于未来温室地球中，而非部分学者预测的未来将可能处于永久厄尔尼诺状态。
渤海湾盆地济阳坳陷沙三下-沙四上亚段页岩沉积时期湖盆稳定沉降、为气候主控的沉积背景。本研究天文旋回分析表明，盆地不同井之间的米兰科维奇旋回信号可以较好对比，基于此建立天文年代标尺（图1），并恢复沉积速率变化，NX1井平均沉积速率为9.1 cm/kyr。对NX1井三张薄片1600余个纹层进行逐层厚度测量、计数，计算得到年纹层限定的沉积速率分别为10.55 cm/kyr，9.0 cm/kyr，9.3 cm/kyr。
图1. 渤海湾盆地济阳坳陷NX1、NY1、FY1井天文年代标尺建立
基于时间标尺建立，在薄片尺度上开展了一系列毫米-微米级分析测试，包括XRF元素扫描并对扫描结果进行主成分分析、电子探针线扫描、连续碳酸盐纹层的原位碳氧同位素测试以及年纹层厚度统计，并对上述结果分别进行频谱分析，结果显示明显的200~240年和2.6~8.7年周期。其中200~240年周期与全新世太阳总辐照度揭示的太阳活动周期相对应，并且我们结合沉积环境分析发现研究层段在太阳活动强烈阶段，温暖的气候利于藻类繁殖和碳酸盐沉淀；在太阳活动减弱阶段，页岩中碳酸盐矿物减少。2.6~8.7年周期与ENSO周期一致，反映了年际尺度的暖干-冷湿气候旋回：在温暖干燥的气候条件下，湖水蒸发量增加、湖水δ18O和δ13C值升高、藻类勃发，从而导致形成的碳酸盐纹层较厚；而在相对寒冷潮湿的气候条件下，δ18O和δ13C值较低、碳酸盐纹层较薄。
许多气候模型表明，ENSO变率在温室时期将会减弱，甚至完全消失而形成一个“永久厄尔尼诺状态”，然而我们的研究则认为ENSO在温室时期仍会持续存在，这对未来全球持续变暖下的气候预测具有重要的启示意义。
图2. T1薄片XRF元素扫描结果、元素主成分分析PC1与PC2、电子探针线扫描结果、碳酸盐纹层原位碳氧同位素测试结果以及纹层厚度分析
研究成果近期发表在地学领域国际重要期刊Geological Society of America Bulletin。论文通讯作者为永利集团操应长教授和梁超教授，第一作者为永利集团博士后韩豫。合作者包括永利集团的郝芳教授、刘可禹教授以及西班牙的van Loon教授。
论文信息：Yu Han, Yingchang Cao, Chao Liang, A.J.(Tom) van Loon, Keyu Liu, Fang Hao. Fingerprints of El Niño-Southern Oscillation and solar activity cycles recorded in the middle Eocene Bohai Bay Basin (East China). GSA Bulletin, 2025, https://doi.org/10.1130/B37981.1.
