在中国长城寻找气候线索

This is an authorized translation of an Eos article. 本文是Eos文章的授权翻译。

In this circular image, the words “Wide. Open. Science. #AGU23“ appear over galaxies and stars at the top fading downward into the night sky over a shadowed rock formation.

修建中国长城的工程跨越了数千年。其中最著名的部分是明朝时期建造的蜿蜒的防御工事，建于14世纪至17世纪之间。它每年吸引着上千万的游客。与之相比，已有2000年历史的汉代长城——如今看起来有点像是堆放在沙漠中布满灰尘的饼干——吸引的游客要少得多。

最近，气候科学家们对城墙和其他防御工事更古老的部分产生了兴趣。这些柴捆和夯土结构中的草和芦苇显示这个中国最炎热、最干旱的角落直到近期才失去了其大量的水份。

这一发现突显了芦苇作为古气候工具的作用，并展示了该地区过去的水文状况。该研究发表在Scientific Reports上，并在旧金山的AGU’s Annual Meeting 2023上进行了展示。

解读芦苇

“这些草的状态非常完好——如果你看它们，会感觉它们就像是去年的一样。”

中国的西部并非一直是沙漠。这里曾经拥有湖泊和绿洲，构成了丝绸之路的脊梁。一些研究表明，早在2000年前，人们就为灌溉而排干了湖泊。

在当地考古部门的许可下，研究人员收集了现代芦苇和保存于14处古代防御工事遗迹的芦苇，并分为两个集群。东部集群包括位于甘肃省的7个地点，而西部集群则包括新疆省的遗址，约位于西方320公里(200英里)处。在这两个地区之间是一个古老的干涸湖——罗布泊。

一位研究人员从干草和岩石构成的长城墙体上取下一份样本。 — 一位考古学家从中国甘肃省的汉代长城的城墙上取下一小块草的样本。图片来源：Hong Yang

布莱恩特大学的考古学家兼古生态学家，同时也是此研究的主要作者Robert Patalano表示，在建造防御工事时，古代工程师和石匠们往往会就地取材，用附近的植物混合进砂砾层中。他解释说，虽然这些植物嵌入在了土质结构中，但它们保留了它们生长时期当地环境条件的信号。

“这些草的状态非常完好——如果你看它们，会感觉它们就像是去年的一样。”该研究的合著者，布莱恩特大学的地球科学家Hong Yang说道。

甘肃地区植物的放射性碳年代很大程度上与历史和考古证据所示的长城建造时间相符。汉朝大约从公元前200年延续到公元200年。而甘肃的草类植物是在公元前132年至公元前116年之间采集的。新疆的塔楼——这些是独立的前哨站，并不是长城的一部分——根据放射性碳年代测定，则是建立于公元677年至1160年之间。

一位研究人员爬上由芦苇和岩石交替层叠而成的塔基。 — 中国西部古代烽火台上保存完好的草类植物现在为研究人员们提供了有关该地区环境历史的信息。图片来源：Hong Yang

据Yang所知，这项研究首次对历史建筑材料中的古代同位素进行了分析。Patalano表示，这种方法非常有价值，因为古气候研究通常依赖于像沿海沉积物中的岩芯或洞穴中的石灰岩这类本地以外的代理指标，然后将这些发现应用到整个更广阔的地区。而这些草类植物提供了一个超本地化的视角。

研究人员观察了作为气候指标的碳同位素指纹。在炎热干旱气候中生长的植物会关闭气孔以减少水分流失。这减少了二氧化碳的流动，并产生了更大比例的重碳同位素。而古代芦苇在早期的东部集群和后期的西部集群之间的碳同位素特征变化很小，这意味着至少在公元1160年之前，罗布泊两侧的气候条件都很相似。

除了碳同位素指纹，研究团队还对氮(N)同位素进行了探索，这指向了古代农业。新疆两个遗址——一个公元770年的城堡和一座约公元1160年的塔楼——附近的草类植物显示出了较高的¹⁵N同位素，表明这些草类植物截取了粪便、鸟粪或其他人为施肥的径流，而这些肥料可能来自围绕此处驻军的居民点。

“是现代人类活动正在导致这种沙漠化。”

尽管其他研究已经提出灌溉才是导致区域沙漠化的主要原因，但新的研究表明现代人为导致的变暖——包括自1955年以来超过1˚C的气温上升——才是导致地表水减少的主要因素。由于公元前132年与公元1160年的芦苇情况相似，研究人员认为即使农业有所增加，该地区在这1000年间可能持续保持着相对的湿润和凉爽，并维持了稳定的地表水。

“是现代人类活动正在导致这种沙漠化。”Patalano说道。