深海氧同位素阶段(MIS)11时期与全新世及未来的地球轨道参数变化相似，被学术界认为是未来环境的天文相似型。自20世纪末开始，该时期的气候行为特征和机制就受到学术界的密切关注^[1]。根据黄土粒度—冬季风—北极冰盖的联系^[2]，我们提出黄土粒度快速增长的时间(变率)对北极冰盖增长的时间具有指示作用^[3]。根据黄土高原西峰驿马关和洛川两个黄土-古土壤典型剖面(图 1)样品粒度的高分辨率研究，并结合黄土高原已经发表的不同剖面的数据^[4~8]，发现黄土高原地区L₄(对应MIS10)下部粒度一直比较细，与下伏间冰期古土壤S₄(对应MIS11)时期的粒度接近，直到MIS10中期，粒度才开始快速增加^[3](图 2b)。由此推测北极冰盖的增长显著滞后于深海氧同位素δ¹⁸O^[9]指示的全球冰量的增长(图 2k)，并提出MIS10初始期，南北两极冰盖增长不同步，南极先于北极进入冰期^[3]。由于新观点与米兰科维奇理论南北半球冰期-间冰期同步发育的传统观点^[10]不一致，可能对理解轨道尺度古气候变化的动力学机制有一定的启示，因此有必要从全球古气候证据的角度进一步审视该时期的两极冰盖演化特征。

图 1(Fig. 1)

图 1 黄土剖面、深海沉积和冰芯站位位置图 Fig. 1 Location map of loess-paleosol sections, marine sediment cores and EDC ice cores mentioned in this study

图 2(Fig. 2)

图 2 300~500ka期间黄土与深海和冰芯古气候曲线对比 (a)和(b)西峰驿马关和洛川黄土-古土壤剖面复合磁化率和复合粒度归一化曲线[3]，正值分别指示东亚夏季风和冬季风增强；(c)~ (e)北大西洋ODP980站位的浮游有孔虫氧同位素δ18O、底栖有孔虫碳同位素δ13C和冰筏碎屑含量曲线[14]；(f)红海相对海平面变化重建综合曲线[19]；(g)~ (i)南大西洋ODP1089站位浮游有孔虫δ18O、底栖有孔虫δ13C和冰筏碎屑含量曲线[15~16]；(j)南极洲EDC冰芯的距今温度变化曲线[20](黑线)和大气CO2[21](灰线)；(k)浮游有孔虫δ18O SPECMAP曲线[17](灰线)和全球底栖有孔虫δ18O复合曲线LR04[9](黑线)，其图中数字为氧同位素阶段图中阴影为氧同位素阶段定义的间冰期，对应古土壤层，其中在MIS11/10界线附近采用折线，表示利用记录推测的南北两极冰期初始期不同步，南极超前 Fig. 2 Comparison of East Asian monsoon proxy records in loess with marine and ice core records during 300~500ka.(a)and (b) Stacked frequency-dependent magnetic susceptibility and stacked >32μm-particle content of Yimaguan and Luochuan loess sections[3], the high stacked values indicate strengthened East Asian summer monsoon and winter monsoon winds, respectively; (c)~(e)Planktonicδ18O, benthic δ13C, and ice rafted debris records at ODP980, North Atlantic[14]; (f)Composite Red Sea relative sea-level reconstruction[19]; (g)~ (i)Planktonicδ18O, benthic δ13C, and ice rafted debris records at ODP1089, Subantarctic South Atlantic[15~16]; (j)Temperature anomaly records[20](black) and CO2 concentration[21](gray) from Antarctic EPICA Dome C; (k)Benthicδ18O stack LR04[9](black) and planktonicδ18O stack SPECMAP records[17](gray). The shaded areas indicate interglacial MIS stages and paleosol units, and changes in the boundary line around MIS11/10 transition indicate the different timing of local glacial inception in the two Polar regions. Numbers in (k) refer to MIS

上述黄土研究利用的时间标尺是根据黄土-古土壤序列与深海氧同位素阶段对比方案获得每层古土壤的顶、底界年龄，在各年龄控制点之间利用粒度权重模型内插获得整个序列的年龄^[3]。在S₄~L₄层位，该方法与不同学者根据粒度U-ratio^[11]、粒度权重模型^{[6, 12]}、磁化率权重模型^[13]、轨道调谐^{[5, 7]}等一系列方法建立的时间标尺是一致的，L₄层位粒度快速增加的时间均在360ka左右，甚至更为年轻^[11]。因此，就现有黄土时间标尺的精度而言，由L₄时期黄土粒度变率推测的北极冰盖滞后增长的结论似乎是客观的。然而，在全球气候研究中，由于时间标尺不一致导致不同环境记录之间对比具有不确定性是难以回避的事实，如何在统一的时间标尺下讨论南北半球冰期-间冰期旋回是否同步是需要深入思考的问题。由于全球深海水体混合的平均时间仅为约1ka^[9]，不同大洋的深海底栖有孔虫壳体δ¹⁸O变化的相位差可以忽略不计。利用底栖有孔虫δ¹⁸O变化可以获得海洋记录的统一时间标尺。因此，利用全球关键地区的海洋钻孔记录探讨两极冰盖的发育特征，是检验南北两极冰盖是否同步发育的重要途径。从全球范围内看，大西洋地区的轨道尺度记录最为完整。本文以大西洋地区大洋钻探站位的记录为主，并结合南极EDC冰芯记录，对MIS11~10时期两极冰盖发育的同步性进行探讨。

北大西洋和南大西洋高纬度地区代表性钻孔的浮游有孔虫δ¹⁸O、底栖有孔虫碳同位素δ¹³C和冰筏碎屑的变化^[14~16]以及与δ¹⁸O SPECMAP曲线^[17]和全球底栖有孔虫δ¹⁸O复合曲线LR04^[9]的对比如图 2c~2e、2g~2i和2k所示。前已述及，深海底栖有孔虫δ¹⁸O变化具有全球一致性，而浮游有孔虫δ¹⁸O组成受区域海表环境的影响，对南北半球高纬度地区的区域气候变化具有指示作用。从图 2c可以看出，北大西洋ODP980站位浮游有孔虫δ¹⁸O虽然在MIS11末期有小幅的增加，并且偶尔出现了短暂的δ¹⁸O显著正偏事件，但是整体仍保持在低值范围内波动，甚至比该孔MIS5a时期的氧同位素值偏负^[14]，更接近于间冰期状态。冰筏碎屑的含量一般在冰期和冰消期较大^[14]，虽然它与冰量的变化不存在简单的线性关系，但是对冰盖发育有重要指示作用。从ODP980记录可以看出，虽然小规模的冰筏碎屑从MIS11后期开始偶尔出现，但是直到360ka左右，才开始显著增加^[14](图 2e)。

北大西洋深层流(NADW)是温盐环流表层流在北极海域下沉，并在大洋底部向南流动的洋流。NADW在间冰期强度大，冰期强度小^[18]。在北半球高纬度地区，ODP980等海底深度＜2300m站位的底栖有孔虫δ¹³C不受南大洋海水的影响，主要受当地海表生物量变化引起的碳同位素分馏控制，可以反映NADW的强度信息^[18]，在间冰期δ¹³C偏正。可以看出MIS11时期，ODP980站位δ¹³C整体偏正的状态一直持续到360ka；虽然在385ka附近δ¹³C一度偏负，但是该时段冰筏碎屑并没有明显的增加^[14](图 2e)。在赤道地区中等海深(3000~4010m)站位的底栖有孔虫δ¹³C偏正的状态也持续到360ka左右^[18]。因此，由图 2b~2e可以看出，MIS11~10的北半球的间冰期状态可以持续到360ka左右^{[3, 14]}。

与北半球高纬度记录相反，南大西洋高纬度的海洋证据没有显示在MIS11~10时期冰期发育滞后的现象。在MIS11后期和MIS10早期，虽然ODP1089站位浮游有孔虫G.inflata的δ¹⁸O也有频繁的波动，但是整体偏正，显示自约380ka开始，南极气候已经进入冰期状态^[15](图 2g)。冰筏碎屑活动开始的时间更早，自395ka就已经显著增加^[15](图 2i)。大西洋海底深度在4035~4620m之间站位的底栖有孔虫δ¹³C主要受南大洋海水的影响^[18]，ODP1089站位的δ¹³C记录指示，在380ka左右南大洋地区快速进入冰期状态^[16](图 2h)。

海平面变化和冰芯的证据对理解冰期初始期南北两极不同步也有一定的启示。红海GeoTü-KL09等站位相对海平面变化的综合曲线^[19]指示(图 2f)，直到约370ka全球海平面仍处在较高的水平，可能与北极冰盖滞后增长，大陆冰盖增长幅度较小有关；图 2j显示自约390ka开始南极地区的气温已经降至冰期水平^[20]。另外，一个值得关注的现象是，从大气CO₂浓度与温度的耦合变化看，MIS11~10是一个非常特殊的时期，南极温度已经降至冰期水平，但是大气CO₂还维持在较高的浓度^[20~21]。由于该记录来自同一冰芯沉积，两个信号之间的差异不可能是年代误差引起的。在过去8个冰期-间冰期旋回的各个冰始期附近，这两个信号的不同步变化仅在MIS11/10时期最为显著。这似乎表明，此时较高的大气CO₂浓度不足以阻止MIS11~10时期南极地区的降温。上述温度与大气CO₂浓度非同步变化的原因和机制是今后MIS11研究值得关注的问题。

由上述南北半球高纬度地区深海证据的对比可以看出，在MIS10初始期，南北半球进入冰期的时间是不同步的，这与米兰科维奇理论有明显的差异。米兰科维奇理论^[10]的重要内容之一是，南北半球冰期-间冰期是同步的；北半球的冰盖变化通过对洋流和大气环流等要素的影响，传递到南极地区，使得南北半球冰期旋回同步变化。虽然米氏理论被广泛接受，但也有学者基于冰消期的证据，提出末次冰消期在南极高纬度地区发生稍早或者受南极当地的太阳辐射控制^[22]。最近，基于对MIS14的全球集成研究，我们提出MIS14是由南极驱动进入冰期的，原因是当时南极夏季太阳辐射和地轴斜率同时到达最低值；类似的轨道参数配置也出现在MIS10、18和20时期，可能在这些冰期初始期也存在南极驱动的现象^[23]。关于MIS14时期南极驱动的观点已经引起部分学者的注意^[24~25]，但是由于MIS10时期太阳辐射降低幅度比MIS14时期小^{[3, 23]}，如何理解MIS10初始期地球轨道要素配置对南极冰盖变化的影响仍需进一步考虑。本文的结论主要是根据深海和南极冰芯证据得出的，需要数值模拟等工作的进一步检验。