过去全球变化是地球科学的研究热点和前沿，几十年来科学家们通过对深海沉积、极地冰芯和黄土-古土壤的研究，认识到地球过去气候变化存在10万年左右的冰期-间冰期旋回，验证了地球轨道变化是驱动冰期旋回的主导因素。随着古全球变化研究的深入，人们发现过去气候变化也存在轨道尺度的演变，而且存在年代际-千年尺度的高频变化和古气候突变事件。全球变化研究的主要科学目标是“预测未来几十年至百年尺度上重大全球变化”，要实现上述目标，古气候记录的时间分辨率要达到“年-年代际”。由于器测记录只有100多年，难以评估自然内部年代际乃至更长时间尺度的气候变化，制约了人们对气候渐变/突变机制及区域响应的理解。因此，寻找分辨率较高、连续性好、时间跨度长、信息丰富的沉积记录是过去全球变化研究面临的课题。

玛珥湖由于其形成和保存信息方面的优势，受到了国内外学术界的广泛关注。早在20世纪80年代，国际地圈生物圈计划就倡导在全球范围内寻找更多高分辨率沉积记录。为此，欧洲开展了一系列钻探计划，例如地质玛珥研究计划(GEO-MAARS)、欧洲玛珥研究计划(EU-ROMAARS)和欧洲湖泊钻探计划(ELDP)(Creer, 1996)，以及近几年开展的Potrok Aike玛珥湖钻探计划(PASADO) (Zolitschka et al., 2013)。在这些重大科研项目的支持下，科学家们获得了连续的玛珥湖沉积记录，并开展了纹层年代学、沉积学、地球化学、孢粉学、硅藻学、古地磁学等多学科综合研究，取得了丰硕的成果，显示出玛珥湖在解决一些重要的古气候、古环境问题方面的巨大潜力。

我国玛珥湖的研究始于1996年(刘嘉麒等, 1996)，主要研究对象为我国南方湖光岩玛珥湖和东北龙岗火山区的玛珥湖，经过近二十年的努力，在纹层年代学和气候环境演化等多个方面取得了丰富的成果，但仍然是“大学之道，方兴未艾”。

玛珥湖(Maar Lake)为火山射汽喷发而形成的封闭湖泊(图 1)。其形成过程为富含气体的岩浆在上升过程中随着压力减小释放出气体，同时炽热岩浆与地下水混合产生大量蒸汽，在巨大的压力作用下，发生爆炸式火山喷发或称之为射汽喷发(Phreatomagmatic eruption)，经过多次爆炸式喷发后，喷发物堆积在喷出口周围形成火山碎屑岩环，而喷发中心则形成深度巨大的盆地，随后积水成湖(Lorenz, 1973；Negendank and Zolitschka, 1993；刘嘉麒等, 1996；Lutz and Lorenz, 2013)。

图 1

Fig. 1

图 1 玛珥湖形成过程示意图 左：岩浆在上升过程中与地下水混合产生大量蒸汽，在巨大的压力作用下，发生爆炸式火山喷发或称之为射汽喷发；右：经多次爆炸式喷发后，喷发物堆积在周围形成火山碎屑岩环，而喷发中心则形成深度巨大的盆地，随后积水成湖 Fig. 1 Sketch maps showing the formation of a Maar Lake Left: a phreatomagmatic eruption is a violent water-magma interaction when magma contacts groundwater to produce large amounts of steam and magmatic gases; Right: a Maar Lake is formed when water (groundwater and precipitation) fills the basin surrounded by pyroclastic ring after many phreatomagmatic eruptions

值得指出的是玛珥湖不是一次火山喷发形成的，而是经历了几十次乃至数百次火山射汽喷发才得以形成，喷发中心有时也会迁移。图 2为龙岗火山群大龙湾玛珥湖射汽喷发形成的火山碎屑岩沉积序列，从图中至少可以看出15个由粗到细的韵律层，对应于15次火山射气喷发。现代观测结果证实了火山射汽喷发多期次特征，例如1977年3月30日至4月9日，火山学家观测到美国阿拉斯加Ukinrek玛珥湖的形成，在10天内发生了多次火山射汽喷发，最终形成了2个玛珥湖，西Ukinrek玛珥湖直径170m，深35m；东Ukinrek玛珥湖直径300m，深70m(Kienle et al., 1980)。

图 2

Fig. 2

图 2 大龙湾玛珥湖火山碎屑岩沉积层序 Fig. 2 A pyroclastic profile in Maar Lake Dalongwan

玛珥湖与其它火山口湖的区别在于：1)在机制上，玛珥湖为炽热岩浆与地下水混合，迅速汽化、爆炸而形成的，区别于溢流式和爆破式火山喷发；2)在喷发产物上，常规火山喷发产物主要为岩浆喷出/溢流物，而玛珥湖火山喷发产物包含了大量的围岩/基底岩石碎屑；3)在火山碎屑沉积构造方面，由于爆炸冲击波的作用产生火山碎屑流(pyroclastic surge)或称基浪(Base surge)，形成独特的大型交错层理、波状层理、板状层理、爬升层理、逆向沙丘以及增生砾等具有标志意义的沉积构造(Fisher and Waters, 1970)。

由于玛珥湖形成机制的特殊性，使玛珥湖在古气候、古环境变化研究中具有如下突出的特点：1)玛珥湖为封闭湖泊，无河流流进、流出，水位平衡主要由降水和蒸发因子控制，相对而言，玛珥湖水文、沉积系统比较简单，易于解译古气候、古环境变化；2)射汽喷发一般位于地下数百米，形成的玛珥湖深度大，沉积物厚，能够提供数万年乃至百万年连续稳定的沉积记录；3)玛珥湖的“深水、厌氧”环境，使沉积物很少受波浪和底栖生物的扰动，有利于年纹层的形成和保存，年纹层的存在能够将古气候、古环境变化研究的分辨率提高到季节-年的尺度；4)在古气候变化替代指标方面，具有丰富的多样性，例如反映水生生境的硅藻、金藻、藻类、摇蚊、介形等，指示陆地植被的孢粉、植硅体，以及各种物理化学指标，使我们能够从不同的角度认识古气候、古环境变化、检验重建数据的可靠性。因此，玛珥湖是形成和保存高分辨率沉积记录的理想场所，为开展多学科古气候、古环境变化研究提供了难得的材料。

玛珥湖是常见的地貌景观，遍布于全球各大陆，其中以德国、中国、美国、意大利、西班牙、以色列、加拿大、墨西哥、阿根廷、新西兰以及缅甸等分布最多。中国玛珥湖得天独厚，跨越了热带、亚热带、温带和高寒地带，其中有的水深达127m，有的则干枯(图 3)。

图 3

Fig. 3

图 3 中国玛珥湖主要分布区 Fig. 3 The distribution of Maar lakes in China

热带地区，雷琼新生代火山活动孕育了众多的玛珥湖，例如湖光岩、田洋、九斗洋、青桐洋、龙门、罗经盘、雷虎岭、龙凤、涠洲、杨花、双池等(黄镇国等，1993；刘嘉麒，1999；孙谦等，2003；郑卓等，2003; 樊祺诚等，2004)。其中湖光岩和双池玛珥湖现代仍有积水，其它的玛珥湖多已干枯。田洋干玛珥湖直径约3000m，深度约223m，是中国乃至世界最大的干玛珥湖之一。其形成年代存在不确定性，二十世纪八十年代对TY1钻孔底部玄武岩进行K-Ar测年为距今47.8万年，随后获得的K-Ar年龄为距今96.7万年(陈俊仁等，1990；隋淑珍和王文远，2003)。尽管田洋干玛珥湖沉积物年龄还存在不确定性，但玛珥湖沉积物跨越了至少4个冰期-间冰期旋回，是高分辨率古气候变化研究的优良载体。雷琼地区的玛珥湖群东临西太平洋，南接南海，是东亚夏季风、南海夏季风和西南夏季风的必经之地，玛珥湖沉积记录为研究这些季风的变化以及厄尔尼诺影响提供了难得的载体。

暖温带玛珥湖主要分布于齐鲁火山群中部，山东临朐、山旺、昌乐一带，该区中新世和上中新世火山活动频繁、多为基性火山喷发，并形成大量火山锥和火山口，其中一些火山口可能为玛珥湖，目前已经干枯。山旺盆地是玛珥湖分布比较集中的区域，山旺组是一套由泥岩、页岩、灰质页岩、硅藻土及油页岩组成的淡水湖泊相沉积，沉积物厚度达210m。过去认为是山间湖盆或火山口湖成因，现在多数火山学家认为山旺、临朐、昌乐一带的深湖相沉积属于古玛珥湖。山旺组湖泊相沉积中富有保存精美的古生物化石，以“化石宝库”享誉中外。目前发现的化石高达十几个门类700余属种，特别是蛇类、鸟类、鳄类、东方祖熊等保存完整的化石在世界上是不多见的。山东山旺地区的古玛珥湖与德国Eifel地区Eckfelder玛珥湖形成时间大致相近，Eckfelder玛珥湖形成于始新世，也以其丰富的化石闻名(Mertz et al., 2000)。

中温带玛珥湖主要分布于东北龙岗火山群、锡林浩特-阿巴嘎火山群以及辽西四合屯。龙岗火山群是世界上玛珥湖较多的区域之一，目前有积水玛珥湖为大龙湾、小龙湾、二龙湾、三角龙湾、东龙湾、南龙湾、龙泉龙湾和四海龙湾，其中东龙湾水深达127m。十几年来，中外地质学家对该区玛珥湖进行大量的研究(樊祺诚等，1999; Mingeram et al., 2004；白志达等，2006)。龙岗地区玛珥湖可能自中更新世至早全新世均有形成，这些玛珥湖沉积物中发育了年纹层，是中外学者关注的热点地区。

锡林浩特-阿巴嘎火山群可能也存在干枯了的玛珥湖，例如，阿巴嘎旗浩特乌拉、车勒乌拉和额斯格乌拉(王锡娇等，2012)。根据火山碎屑岩环热释光测年数据，这些玛珥湖可能形成于距今0.112Ma(王锡娇等，2012)。

辽西四合屯以大量的早期鸟类及“长毛”的小型兽脚类恐龙化石而闻名于世，这些保存完好的化石赋存于深湖相沉积中。尽管经历了1亿多年的风化剥蚀，火山射汽喷发具有标志意义的沉积构造已很难见到，但从深湖相沉积分布特征推测该区在晚侏罗世或早白垩世可能存在玛珥湖。Liu et al.(2000)根据辽西四合屯深湖相沉积分布，推测该区有8个玛珥湖，保存完好的化石均赋存于其中，正是玛珥湖的深水、厌氧环境使这些精美的化石完好地保存下来(Liu et al., 2000, 2002)。

北暖温带阿尔山-柴河玛珥湖群分布于大兴安岭哈拉哈河-淖尔河火山群，该区第四纪火山岩分布面积约1000km², 有14个火山成因的湖泊，其中卧牛泡子和乌苏浪子湖可能为玛珥湖(赵勇伟等，2008; 王丽丽等, 2013)。玛珥湖火山碎屑岩环中见有大型交错层理、板状层理、爬升层理等具有标志意义的沉积构造。除上述地区外，我国青藏高原西昆仑和可可西里可能也存在玛珥湖，尚有待进一步研究(刘嘉麒，1999)。

二十年来，中国玛珥湖研究取得了丰硕的成果，对此前人已经进行过总结(刘嘉麒等，2013)，本文重点在于探讨中国玛珥湖沉积记录能够为古全球变化研究做出怎样的贡献，解决什么科学问题。

米兰科维奇理论是二十世纪国际地学界公认的两大成就之一。米氏理论认为全球冰期-间冰期气候变化主要受控于北半球高纬夏季太阳辐射变化(Milankovitch，1941)(图 4a)，随后深海沉积、极地冰芯和黄土-古土壤研究成果证实了第四纪古气候古气候变化米氏轨道周期的存在，但科学家们仍然不能很好地回答冰期成因以及下一次冰期何时来临(Lea et al., 2000；Wang et al., 2003；丁仲礼，2006)。在纪念《科学》杂志创刊125周年之际，“冰期之谜”被认为是未来最具挑战性的科学问题之一。如果米兰科维奇理论是正确的，即全球气候变化在轨道尺度上主要受控于偏心率、地轴倾斜度和岁差，那么将之外推一个周期应该是可信的。问题在于科学家们对南北半球气候系统如何耦合各种轨道要素，导致南北球同步出现冰期-间冰期旋回以及海洋系统如何调节轨道要素变化等问题不是很清楚。

图 4

Fig. 4

图 4 轨道、千年、年代际-百年尺度古气候变化 (a)轨道尺度古气候变化：北纬65度太阳辐射(紫色)和偏心率(蓝色)(据Berger and Loutre, 1991)；(b)南极冰芯大气CO2浓度(据Ahn and Brook, 2008；Lüthi et al., 2008), 棕色条示意间冰期；(c)千年尺度古气候变化：北大西洋千年尺度准周期(据Bond et al., 1997), 黄色条示意千年震荡；(d)年代际-百年尺度古气候变化:中国的年温度序列(基准时段：1851~1950) (据葛全胜等，2015) Fig. 4 Paleoclimatic change curves on orbital, millennial and centennial-decadal time scales (a) orbital paleoclimatic changes reflected by the June 21 insolation at 65°N (purple) and long term variations of eccentricity (blue dashed line) (after Berger and Loutre, 1991); (b) atmospheric concentration of CO2 from Antarctic ice cores (after Ahn and Brook, 2008; Lüthi et al., 2008) in which the brown bars showing the interglacial periods; (c) millennial cycles: millennial-scale cycle in North Atlantic Holocene and glacial climates (after Bond et al., 1997) in which the yellow bars showing the millennial-scale cycles; (d) climatic variations on centennial-decadal time scales: Annual temperature of China (referenced period: 1851~1950) (after Ge et al., 2015)

在众多的第四纪冰期假说中，低纬海洋驱动和温室气体驱动是继米兰科维奇理论之后两个主要的假说(Lea et al., 2000；Wang et al., 2003；丁仲礼，2006)。热带海洋，特别是太平洋，由于其巨大的能量储存能力，在调节两个半球以及东、西太平洋热力平衡方面起着重要的作用。在年至年代际尺度上，学术界对热带海洋在全球变化中的作用没有太大的争论，例如：学术界一致认为厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和太平洋年代际涛动(PDO)对全球70%地区的气候变化产生了深刻的影响。既然在年-年代际尺度上，低纬海洋在全球变化中起着至关重要的作用，为什么在轨道尺度上不能？

依据每个冰期-间冰期旋回中间冰期只有1万年左右(图 4b)，现代间冰期早在1.15万年或1.45万年之前就已经开始，因此下一次冰期已经来临或即将来临(Broecker，1966)。全球变暖似乎扰乱了地球气候的自然进程，2002年，Berger等预测全球下一次冰期大约在5万年之后(Berger and Loutre, 2002)。基于对中国黄土-古土壤序列的研究，Hao et al.(2012)指出某些冰期可能由南极过程驱动，北半球当前温暖气候将继续至少4万年。最近，Ganopolski et al.(2016)通过对太阳辐射和二氧化碳数据的模拟，推测下一次冰期来临要等待10万年。

在回答下一次冰期何时来临这一科学问题上，玛珥湖记录给出了不一样的答案。法国Ribains玛珥湖高分辨率多指标(硅藻、孢粉、硅藻氧同位素等)记录揭示了上次冰期-间冰期转变的细节，在距今12.7~11.0万年，欧洲大陆经历了一个持续1~1.2万年稳定的暖期，随后为1万年温度逐渐下降但仍然稳定的阶段，再进入冰期。如果现代气候变化进程与之类似，那么地球未来气候可能要经历时间长度大约为1万年逐渐降温但仍然比较稳定的过程，然后再进入下一次冰期(Rioual et al., 2001)。遗憾的是这一论点缺少其它地区高分辨率、多指标记录的验证。我国热带地区玛珥湖(例如田洋、九斗洋、青桐洋)沉积物跨越了至少4个冰期-间冰期旋回，能够提供冰期-间冰期转变阶段变化的细节，是研究轨道尺度高分辨率古气候变化的优良载体，但目前科学家们还没有开展高分辨率、多指标的研究。虽然冰期-间冰期的历史不太可能是简单地重复，但了解几个旋回的变化细节将有助于我们定位现代气候在轨道尺度上的位置。

我国热带玛珥湖在理解低纬作用方面有巨大的潜力，郑卓和Guiot(1999)通过对田洋玛珥湖沉积物孢粉及孢粉转换函数的研究，重建了40万年来年均温度和年降雨量。过去40万年来，温度变化的4个降温期大致与深海同位素阶段10、8、6、4、2可以对比，冰期与间冰期之间的年均温度变化幅度约为±5 ℃，但从年降雨量来看，冰期-间冰期旋回变化不明显，除末次冰期有短暂的干旱期外，其它时段变化较小(郑卓和Guiot，1999)。值得强调的是田洋玛珥湖孢粉记录揭示的冰期-间冰期尺度的降水量变化与我国北方黄土-古土壤序列以及南方石笋氧同位素记录存在巨大差异，可能说明在轨道尺度上，中国不同地区的气候变化不是简单的冰期-干冷、间冰期-暖湿的匹配。不同气候区，各种气候变化要素(温度、冰量、季风、降水量、大气海洋循环)是否均有明显的轨道周期？因此，明确周期的性质(温度、冰量、季风、降水量、大气海洋循环等)十分重要。

低纬气候最显著的特点之一是2万年岁差周期，南北半球的石笋氧同位素记录提供了有力的支持。理论上，低纬海洋在调控南北半球的能量、物质(降水)平衡方面应该起主导作用。如果我们能够在定量-近似定量方面能够有所突破，我国热带地区的几个玛珥湖沉积记录将能够很好地回答下面这两个问题：(1)温度和降水变化是否均存在2万年的岁差周期？(2)厄尔尼诺-南方涛动和太平洋年代际涛动等是否存在更长时间尺度的准周期变化？

准确可靠的年代框架是研究冰期-间冰期尺度沉积记录的基础，对玛珥湖沉积物而言，除常规的磁性地层学方法外，建议运用Ar-Ar法确定玄武岩(射汽喷发)的形成年龄，另外玛珥湖沉积物中常有火山灰夹层，可以从中挑选出捕虏晶体(注意区别非同次火山爆发来源的晶体)进行单颗粒Ar-Ar测年或锆石U-Pb SIMS测年。其它方法如热释光、光释光、电子自旋共振、纹层年代学等也可以应用于较老的玛珥湖沉积物定年。例如，Mingram(1998)对德国始新世玛珥湖沉积物进行了纹层年代学研究。值得指出的是年纹层不仅广泛见于中高纬度地区的湖泊中，热带地区的玛珥湖也发育年纹层，例如北美洲赤道区的Valle de San-tiago玛珥湖(Kienel et al., 2009)、缅甸Twintaung玛珥湖(孙青等，2015)。即使沉积物中年纹层不是连续的，也能提供某一时段的浮动年龄及沉积速率，为判断其它年代学数据的正确与否提供参考。总之，运用多种方法，相互验证，才能获得可信度较高的时间标尺。

综上所述，我国热带地区玛珥湖沉积记录在理解冰期-间冰期驱动机制、岁差周期等关键科学问题方面是大有可为的。虽然冰期-间冰期的历史不太可能是简单地重复，但了解几个旋回的变化细节将有助于我们定位现代气候在轨道尺度上的位置。

几十年来科学家们在南北半球不同纬度的各种高分辨率古气候记录均检测到千年尺度的气候波动。千年尺度气候变化可能是地球气候系统固有的特征，其成因可能源于不同的动力学机制，是气候系统对各种外部和内部驱动因子响应的结果。

从千年尺度看，轨道三要素引起的太阳辐射的变化很小，不足以引起千年尺度的变化；温室气体的变化也没有明显的千年震荡。因此，其原因或许可以理解为由于能量在地球各圈层(大气、海洋、冰盖)的分布发生了变化，引起了地球气候系统内部的震荡，或者是气候系统对外部因素(太阳活动)变化的响应与自我调控。

在全新世千年尺度气候古气候变化研究方面，Bond et al.(1997)早在1997就发现北大西洋冰筏碎屑含量变化存在准周期性，其周期为1470±500年(1000~2000年)。冰筏碎屑含量的气候意义为：气候寒冷期，由于浮冰扩展能够携带颗粒较粗的陆源碎屑，随着浮冰的融化，这些颗粒较粗的陆源碎屑在远海沉积下来，因此，冰筏碎屑含量能够很好的表征浮冰扩张的历史(图 4c)。Bond et al. (1997)发现北大西洋冰筏碎屑增加的时段似乎与¹⁴C和¹⁰Be通量高的阶段对应，暗示千年震荡可能受控于太阳活动。但由于年代控制等方面的不确定性，北大西洋其它岩芯中未能很好的重现Bond周期(Moros et al., 2004)。另外，太阳活动的千年周期为1000和2115年(Hallstatt cycle)(Damon and Jirikowic, 1992)，似乎没有1500年左右的准周期，Bond的伟大之处在于将不确定性标注为±500年，充分考虑到了定年以及海洋碳库的不确定性。

我国热带和温带玛珥湖沉积记录均揭示出千年尺度的准周期变化(刘嘉麒等，2000；Chu et al., 2014)。由于敏感性及指标反映的气候要素等方面的差异，不同地区或者同一地区不同指标揭示的周期长度不同。例如湖光岩沉积物干密度变化揭示的2930、1140、220年准周期(刘嘉麒等，2000)，而磁化率揭示的全新世准周期为1028、335、220、137、90、86年，有机质含量变化的准周期为2204、1208、116、82、53年(Wang et al., 2016, 据该文数据计算)。东北小龙湾长链正构烷烃单体碳同位素显示的周期为1750~2041、1020~1050以及205~212年(Chu et al., 2014)，而孢粉记录揭示的周期则为500年，千年周期不明显(Xu et al., 2014)。由于指标的气候意义不同，千年尺度变化的性质(温度、降水、季风等)也存在很大的差异。Wang et al. (2012)通过对湖光岩硅藻的研究，发现冬季风变化存在千年尺度的变化，自全新世以来是由强变弱的，而非由弱变强，全新世冬季风和夏季风的关系也不是简单的反相关联。

相对于复杂多样的千年尺度准周期性，湖光岩玛珥湖沉积物揭示的最明显的气候突变是发生在6~7ka之间，质量磁化率(指示湖泊氧化-还原环境指标)在此期间发生了巨大的变化。该突变有很好的重现性，不同部位的钻孔均揭示了该突变的存在(Yancheva et al., 2007；Jia et al., 2015；Wang et al., 2016)。最近的成果显示质量磁化率从100 (10^-8 m³kg^-1)(6.6~6.4 ka平均值)跃变到461(10^-8 m³kg^-1) (6.4~6.2 ka平均值)只经历了200年。湖光岩玛珥湖沉积物磁化率主要受氧化-还原状况控制(Yancheva et al., 2007；Wang et al., 2016)，6.4ka之前为深湖还原环境，而6.4ka之后为湖泊水位较低的氧化环境(Wang et al., 2016)。这一突变可能与中全新世ENSO转型有关，南美Laguna Pallcacocha湖记录表明7.0ka之前ENSO的周期为15年或大于15年，随后周期逐渐演变到与现代ENSO相似的2~8.5年周期(Rodbell et al., 1999)。值得指出的是湖光岩揭示6.5ka的突变在中高纬度的玛珥湖以及其它记录中不是很明显，暗示由于不同气候区的主控因子不同，千年尺度的渐变-突变在全球不存在统一的模式。正如前文指出的，热带海洋在年-年代际全球变化中起着重要作用，厄尔尼诺-南方涛动和太平洋年代际涛动等可能存在更长时间尺度的准周期或阶段性变化。

由于影响因子的复杂性(非单一因素控制)，使千年尺度气候变化的准周期有很大的不确定性。另外，区域响应也存在很大的空间差异，某一区域或者某些时间段并不一定存在千年震荡。因此，理解千年尺度气候变化的机理需要更多的区域数据支撑，中国不同气候区的玛珥湖沉积记录将为了解千年尺度气候的渐变与突变过程提供可靠的地质证据。另外，气候变化是不同尺度的周期变化相互叠加的结果，因而要认识十年至百年尺度变化的规律, 必须以千年尺度变化为背景。

过去2千年气候变化为预测和模拟未来提供了时间尺度比较合适的背景，PAGES和IPCC均将过去2千年古气候变化作为预测未来几十年至百年尺度上重大全球变化的背景, 为此构建全球数据体系并与器测记录对接，其中年-年代际气候变化规律是关键。过去2000年亚洲气候(PAGES-Asia 2K)是全球数据体系的组成部分之一，其目的在于建立亚洲过去2000年气候代用资料数据库，集成区域温度和干湿变化的时空序列，探讨区域气候变化的驱动机制(葛全胜等，2015)(图 4d)，其中年代际是关键。气候变化包括季节、年际、年代际等多种时间尺度，聚焦于年代际是考虑到多数替代指标和自然档案很难达到季节或年分辨率，另外由于气候系统的超前/滞后的耦合过程，使人们很难在更高分辨的基础上讨论相关科学问题。

在年代际气候变化方面，湖光岩玛珥湖多指标(碳酸盐、TOC、TN、生物硅和非残渣态Sr含量等)记录表明该区降水量存在年代际到百年尺度的变化，小冰期为湿润期，中世纪暖期(公元1300~900)为干旱期(Chu et al., 2002; Zeng et al., 2012)。东北四海龙湾纹层沉积长链烯酮定量温度重建表明生长季温度存在准周期性变化，其周期分别为250、140、65~70年，可能主要受控于太阳和火山活动(Chu et al., 2012)。在区域降水量方面，小龙湾纹层沉积物的多指标(δ¹³Corg、δ¹⁵N、有机碳/氮含量、碎屑含量等)表明该区近2千年来经历了七次较为干旱的时期，中世纪暖期既是沙尘活动较强的时期，也是湖泊生产率较高的时期(Chu et al., 2009)。

玛珥湖沉积的特色之一是年纹层(Negendank and Zolitschka, 1993)。年纹层是季节气候变化的产物，形成于无扰动的深水环境，不仅能够提供可靠的时间标尺，而且蕴含了丰富的气候、水文、环境变化信息，是研究年际、年代际变率的理想材料。目前，国内外学者只对中国温带的3个玛珥湖(四海龙湾、小龙湾、二龙湾)开展了年纹层研究。最近的一些研究发现湖泊年纹层不仅分布于高、中纬地区，而且在低纬热带地区也有年纹层沉积。例如，赤道附近的Valle de Santiago玛珥湖，湖水深76m，碳酸盐年纹层发育良好(Kienel，2009)。缅甸热带地区Twintaung玛珥湖(湖水深50m)也发育了碳酸盐年纹层(Sun et al., 2016)。我国热带地区的几个玛珥湖(深水期)也有可能存在年纹层沉积，即使是部分时段存在年纹层沉积，也将为建立、验证年代学标尺提供可靠的依据。

在全球变化研究中，年-年代际数据体系是科学预测的基础，如何提高分辨率、将古气候时间序列与器测记录对接是“气候变率与可预报性研究”和“过去全球变化研究”共同面临的交叉科学问题(丁一汇等，2013)。年代际气候波动是地球系统对各种外部和内部驱动因子响应的结果，时空变化必定会十分复杂。在古气候变化研究中，应该借鉴现代气候学研究成果，研究高频古气候变化(例如：厄尔尼诺-南方涛动现象、太平洋年代际涛动、北极涛动和大西洋年代际涛动等)在地质历史中的时空分布规律，以便更好地评估未来这些变化发生的可能性。

玛珥湖由于其独特的形成背景和水文特征，使之能够提供数万年乃至几十万年连续稳定的沉积记录，是高分辨率古气候、古环境变化研究的重要对象。中国玛珥湖得天独厚，从热带到寒温带均有分布，应当为解决古全球变化研究中的一些关键科学问题作出贡献。

在轨道尺度上，我国热带地区玛珥湖沉积跨越了至少4个冰期-间冰期旋回，能够为精确定位现代气候在地质历史中的位置，理解冰期驱动机制、高低纬关联等关键科学问题提供多学科数据；千年尺度古气候变化是气候系统对各种外部和内部驱动因子响应的结果，因此千年震荡可能存在明显的时空差异。集成不同气候带的玛珥湖沉积记录将为理解千年震荡规律及其驱动因子做出贡献；年-年代际气候变化是预测未来气候变化的基础，玛珥湖沉积能够填补某些地区高分辨率数据的空白，为构建全球数据体系作出努力。

玛珥湖的沉积特色主要在于连续性(未间断)和稳定性(深水、厌氧环境有利于沉积物保存和无扰动)，沉积物中蕴含了丰富的生物、物理化学指标，使我们能够从不同的角度认识古气候、古环境变化、检验重建数据的可靠性。今后研究工作应强调多学科(年代学和指标)的综合研究，相互验证，以期获得可信度较高的数据；在空间上，应该加强数据集成研究。