地球科学进展

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (1): 1 -11. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.008

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中国人类世科学研究新进展
周卫健 1 , 2 , 4( ), 赵雪 1 , 2 , 3, 陈宁 1 , 2   
  1. 1.中国科学院地球环境研究所 黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西 西安 710061
    2.陕西省 加速器质谱技术及应用重点实验室，西安加速器质谱中心，陕西 西安 710061
    3.西安地球 环境创新研究院，陕西 西安 710061
    4.西安交通大学，陕西 西安 710049
  • 收稿日期:2023-10-17 修回日期:2023-12-24 出版日期:2024-01-10
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(41991250);中国科学院战略性先导科技专项（B类）(XDB40010100)

New Progress in the Anthropocene Science in China

Weijian ZHOU 1 , 2 , 4( ), Xue ZHAO 1 , 2 , 3, Ning CHEN 1 , 2   

  1. 1.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710061, China
    2.Shaanxi Provincial Key Laboratory of Accelerator Mass Spectrometry Technology and Application, Xi’an AMS Center, Xi’an 710061, China
    3.Xi’an Institute for Innovative Earth Environment Research, Xi’an 710061, China
    4.Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
  • Received:2023-10-17 Revised:2023-12-24 Online:2024-01-10 Published:2024-01-26
  • About author:ZHOU Weijian, Professor, Academician of the Chinese Academy of Sciences, research areas include environmental tracing by cosmogenic nuclides and global change. E-mail: weijian@loess.llqg.ac.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(41991250);The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDB40010100)
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国际地层委员会人类世工作组决议人类世应由全球界线层型剖面和点位（“金钉子”）定义为一个正式的地质年代单位。20世纪中叶以来人类活动突变式增强，改变了原有的地球演化速率和方向，对地球环境造成极为显著的影响，并在地质记录中留下清晰的具有全球同步特性的物理、化学和生物印记，为识别这一年代地层单位的底界提供了最佳选择。当前，全球共有12个人类世“金钉子”候选剖面和点位参评。与此同时，中国学者在人类活动代用指标体系构建、人类世候选“金钉子”研究与国际对比方面取得了突出进展，发现人工放射性核素、微塑料、δ13C、δ15N和硅藻等均可作为人类活动理想的标志物，且远离城市和人类活动影响的中国四海龙湾玛珥湖沉积物剖面对全球信号敏感，239，240Pu浓度于1953年快速增加，多环芳烃、129I、烟炱14C、碳球粒、DNA、δ13C和重金属等指标在1953年前后均存在系统性变化，因此提出1953年作为人类世底界。中国四海龙湾湖沉积物剖面与日本别府海湾沉积物剖面被人类世工作组提议作为人类世“金钉子”辅助剖面。未来人类世科学研究的最终目标应是在阐明人类活动对地球系统影响的基础上，深化人地系统耦合与适应的可持续发展理论和技术创新。

关键词: 四海龙湾玛珥湖, 钚同位素, 金钉子, 人类世科学

The Anthropocene Working Group (AWG) of the International Commission on Stratigraphy voted that the Anthropocene should be defined by a Global boundary Stratotype Section and Point (GSSP or ‘golden spike’) as a formal chronostratigraphic unit. Increasing evidence has shown that human activities have drastically intensified since the mid-twentieth century, altering the original rate and direction of Earth’s evolution, triggering a profound impact on Earth’s environment, and leaving their imprint on geological records through physical, chemical, and biological markers. Consequently, the 1950s was assumed to be the ideal onset of the Anthropocene. Currently, 12 candidate sites for the GSSP of the Anthropocene have been proposed for consideration by the AWG. Chinese researchers have made outstanding progress in recent years regarding the establishment of a system of proxies for human activities and the global comparison of the candidate sites for the GSSP of the Anthropocene. These proxies, including anthropogenic radioactive isotopes, microplastics, δ13C, δ15N, and diatoms, have great potential as markers of human activities. These proxies recorded in the sediments of Sihailongwan Maar Lake, which is far away from cities and less affected by human activities, indicate that this site is sensitive to global change. The concentrations of 239, 240Pu have drastically increased since 1953 CE in the sediment profile collected from Sihailongwan Maar Lake. as Additionally, other proxies such as PAHs, 129I, soot 14C, SCP (spheroidal carbonaceous particles), DNA, δ13C, and Pb exhibit synchronous changes near 1953 CE, indicating the onset of Anthropocene. Two sediment stratotype profiles collected from Sihailongwan Maar Lake and Beppu Bay, Japan, were selected by the AWG as auxiliary sections for the GSSP of the Anthropocene. The ultimate goal of Anthropocene science should be to deepen the theory and technological innovation of sustainable development of the Earth-humans system and adaptation based on clarifying the impact of human activities on the Earth system.

Key words: Sihailongwan Maar Lake, Plutonium isotopes, Global boundary Stratotype Section and Point (GSSP), Anthropocene Science.

中图分类号: 

图1 人类活动对地球环境的影响
（a）全新世以来人类活动对地球系统造成重要影响，展示了对人类世开始时间的几种看法（据参考文献［ 25 ］修改）；（b）~（e）过去20 000年以来地球温度和大气CO 2浓度变化（据参考文献［ 24 ］修改）；（b）更新世和全新世之间“金钉子”的界线（虚线） ［ 42 ］，全球温度异常（相对于11 500 BP至6 500 BP的早期全新世平均值）（蓝色），大气CO 2浓度（黄色） ［ 43 ］；（c）早期提出的人类世候选“金钉子”的界线（虚线），它假设早期广泛的农业影响导致了全球环境变化，全球温度异常（相对于1961—1990年的平均值）（蓝色） ［ 44 ］，大气CO 2浓度（黄色） ［ 45 ］；（d）界线（虚线）代表旧世界和新世界的碰撞以及曾经不同生物的同质化，Law Dome冰芯记录的大气CO 2浓度显著下降（黄色） ［ 46 - 47 ］，全球温度数据异常（相对于1961—1990年的平均值）（蓝色） ［ 44 ］；（e）以核爆建议的金钉子界线（虚线），大气CO 2浓度（1958年前为冰芯记录，1958年后为夏威夷Mauna Loa站观测记录）（黄色） ［ 46 - 48 ］，全球温度异常（相对于1961—1990年的平均值）（蓝色） ［ 48 ］；（f）~（i）1750—2010年地球系统关键指标变化趋势（据参考文献［ 36 ］修改）；（f）南极、格陵兰和澳大利亚冰芯记录的大气甲烷含量变化 ［ 46 - 47 ， 49 ］；（g）全球平均表层海水氢离子浓度表示的海洋酸化 ［ 50 - 51 ］；（h）全球人口数量 ［ 52 ］；（i）全球淡水消耗量 ［ 53 ］
Fig. 1 The impact of human activities on the Earth’s environment
（a） The period when human activities have a significant impact on the Earth system since the Holocene， suggesting several views about the beginning of the Anthropocene （modified after reference ［ 25 ］）； （b）~（e） Changes in Earth temperature and atmospheric CO 2 over the past 20 000 years （modified after reference ［ 24 ］）； （b） GSSP boundary between the Pleistocene and Holocene （dashed line） ［ 42 ］， with global temperature anomalies （relative to the early Holocene average over the period 11 500 BP to 6 500 BP） （blue）， and atmospheric carbon dioxide （yellow） ［ 43 ］； （c） Early Anthropogenic Hypothesis GSSP suggested boundary （dashed line）， which posits that early extensive farming impacts caused global environmental changes， with global temperature anomalies （relative to the average over the period 1961 to 1990） （blue） ［ 44 ］， and atmospheric carbon dioxide （yellow） ［ 45 ］； （d） The boundary （dashed line） represented the collision of the Old World and New World peoples and homogenization of once distinct biotas， and defined by the pronounced dip in atmospheric carbon dioxide （dashed line） from the Law Dome ice core （yellow） ［ 46 - 47 ］， with global temperature data anomalies （relative to the average over the period 1961 to 1990） （blue） ［ 44 ］； （e） Bomb GSSP suggested boundary （dashed line）， with atmospheric carbon dioxide from Mauna Loa， Hawaii， post-1958， and ice core records pre-1958 （yellow） ［ 46 - 48 ］， and global temperature anomalies （relative to the average over the period 1961 to 1990） （blue） ［ 48 ］； （f）~（i） Changes in key indicators of the Earth system from 1750 to 2010 （modified after reference ［ 36 ］）； （f） Carbon dioxide from firn and ice core records （Law Dome， Antarctica） and Cape Grim， Australia ［ 46 - 47 ， 49 ］； （g） Ocean acidification expressed as global mean surface ocean hydrogen ion concentration ［ 50 - 51 ］； （h） Global population ［ 52 ］； （i） Global water use ［ 53 ］
图2 全球人类世候选“金钉子”剖面和点位分布图（据参考文献［ 14 ］修改）
红色实心圆为现有的9个候选点位，白色实心圆为退出竞选的3个剖面；图中点位经纬度：东哥特兰盆地沉积物（57.283 0°N，20.120 4°E）；旧金山河口沉积物（37.549 5°N，122.183 1°E）；西尔斯维尔水库沉积物（37.406 8°N，122.237 7°E）；克劳福德湖沉积物（43.468 6°N，79.948 7°E）；四海龙湾玛珥湖沉积物（42.286 8°N， 126.601 2°E）；弗林德斯珊瑚（17.717 9°S，148.451 0°E）；西岸花园珊瑚（27.876 2°N，93.814 7°E）；帕尔默冰芯（73.852 1°S，65.452 6°E）；欧内斯托洞穴堆积物（45.977 2°N，11.657 5°E）；斯涅日卡泥炭沉积物（50.739 1°N，15.707 7°E）；别府海湾沉积物（33.277 8°N，131.537 3°E）；维也纳人类活动沉积剖面（48.199 1°N，16.372 6°E）
Fig. 2 Location of the global GSSP candidates （modified after reference ［ 14 ］）
Red solid circle reprerent nine candidates， white solid circle reprerent withdrawal of the three sites from the selection of the GSSP for Anthropocene；Latitude and longitude of the sites： East Gotland Basin （57.283 0°N， 20.120 4°E）； San Francisco Bay （37.549 5°N，122.183 1°E）； Searsville Reservoir （37.406 8°N， 122.237 7°E）； Crawford Lake （43.468 6°N， 79.948 7°E）； Sihailongwan Lake （42.286 8°N， 126.601 2°E）； Flinders Reef （17.717 9°S， 148.451 0°E）； West Flower Garden Bank （27.876 2°N， 93.814 7°E）； Palmer Ice Sheet （73.852 1°S， 65.452 6°E）； Ernesto Cave （45.977 2°N， 11.657 5°E）； Sniezka Sudetes （50.739 1°N，15.707 7°E）； Beppu Bay （33.277 8°N，131.537 3°E）； Vienna （48.199 1°N， 16.372 6°E）
图3 四海龙湾玛珥湖沉积物及 239，240Pu浓度随时间变化
（a）四海龙湾玛珥湖照片；（b）冷冻钻 239，240Pu浓度随时间的变化；（c）冷冻钻岩芯及纹层年代
Fig. 3 Freeze cores collected from Sihailongwan Maar Lake and the temporal variations of 239，240Pu concentrations
（a） Photo of Sihailongwan Maar Lake；（b） Temporal variations of 239，240Pu concentrations measured in the freeze core； （c） Varve counting results of depth versus age
图4 四海龙湾玛珥湖沉积物典型人类世指标体系在20世纪中叶的系统性变化［ 82 ］
（a）不同类型人类活动的代用指标体系及其关键变化时段；（b）四海龙湾玛珥湖沉积物 239，240Pu、 129I/ 127I、烟炱 14C，碳球粒、多环芳烃、 Pb、δ 13C、DNA以及浮游植物多样性指标自1850年以来的变化
Fig. 4 Systematic variations of the typical Anthropocene proxies in sediment cores from Sihailongwan Maar Lake at the middle of the 20th century［ 82 ］
（a） Different types of proxies indicating human activities and their key change periods； （b） Variations of 239，240Pu， 129I/ 127I， soot 14C， spheroidal carbonaceous particles， polycyclic aromatic hydrocarbons， Pb， δ 13C， DNA， and phytoplankton diversity （Shannon index） in sediment from Sihailongwan Maar Lake since 1850
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