原文来源：James D H, Stacy A C, Sebastian F M, et al., 2025. Classic Maya Response to Multiyear Seasonal Droughts in Northwest Yucatán, Mexico. Science Advances, 11, eadw7661.
https://doi.org/10.1126/sciadv.adw7661.
研究背景和科学问题
研究背景：玛雅文明在公元800-1000年进入Terminal Classic Period（古典期末期）。这一时期，尤卡坦半岛南部低地的大型城市出现动荡、人口减少与政治中心北迁。许多研究认为，持续干旱可能推动了上述社会变化的产生。湖泊沉积物和洞穴石笋记录都显示，这一时期出现了多次持续1至10年的干旱事件。但是，现有的古气候记录分辨率低，干旱事件的发生与考古记录显示的城市兴衰存在复杂的时空差异，这导致气候变化与文明兴衰的关系十分模糊。因此，迫切需要高分辨率、高精度的极端气候事件和考古记录，从区域尺度进行对比分析。
科学问题：目前已经获得了玛雅末期尤卡坦半岛南部低地的季节至年际分辨率的干旱气候记录，但缺少卡坦半岛北部低地的高分辨率古气候记录，因此本研究旨在利用尤卡坦半岛北部的洞穴石笋的亚年际分辨率的古气候记录，建立古代玛雅文明演化与单次极端气候事件之间的关联，在此基础上分析区域气候变化对当地社会变化过程的影响。
科学内涵
研究思路：本研究利用来自尤卡坦北部的具有清晰年纹层的石笋，获取古典期末期连续150年的亚年分辨率氧同位素记录，以此建立高分辨的干湿古气候演化规律并识别其中的极端干旱事件。为了验证石笋氧同位素是否可以准确记录区域干湿变化，该研究开展了周际分辨率的现代过程监测，验证洞穴滴水氧同位素组成是否灵敏响应了区域降雨量变化。在年代框架厘定上，利用高精度U-Th定年与年层计数建立高分辨率年代框架。最后，通过将这些精确的古干湿序列与附近古玛雅遗址的文化变迁考古记录进行了详细比较，探讨季节尺度水文波动对玛雅农业和社会结构的潜在影响。
核心发现：（1）古典期末期季节性干旱事件的精确识别：研究通过高分辨率的石笋氧同位素记录，识别出古典期末期多个持续多年的季节性干旱事件。这些干旱事件的持续时间和频率被精确地确定，为理解玛雅社会变化提供了重要的气候背景。在公元871至1021期间，共识别出八次持续三年或更久的极端干旱事件，其中最长的一次干旱从929 CE持续到942 CE，长达13年（图1），这可能是该地区有记录以来最长的干旱事件。这些干旱事件与历史记录（1500-1900 CE）中的干旱相比，无论是在持续时间还是频率上都更为严重（图1）。
图1 石笋年层δ18O显示连续多年湿季干旱事件.(A) Tzab06-1的δ18O记录覆盖了古典期末期，其中以红色阴影标示干旱事件。本研究将干旱事件定义为：某一年的δ18O值正偏超过−5.74‰。持续1–2年的干旱用浅红色表示，持续≥3年的干旱用深红色表示。湿润时期用蓝色阴影标示，并定义为某一年的δ18O值负偏低于−6.06‰；其中持续1–2年的为浅蓝色，持续≥3年的为深蓝色。公元1021年开始出现约45±20年的沉积间断。(B) Tzab06-1，其中沉积间断层（可见碎屑）以红色表示，U-Th定年位置以灰色色块（红色外框）显示。放大部分展示了公元961–969年间石笋的年纹层结构及其对应的δ18O值，δ18O值越偏负（向左）表示气候越湿润。(C) 氧同位素季节性循环的示例，事件的划分与(A)一致。叉号表示每年的最负的δ18O值，并以红色（干旱）、黑色（正常年份）或蓝色（湿润年份）标示。
（2）不同玛雅遗址对干旱事件的差异化响应：通过对比石笋记录的干旱事件与考古记录，研究发现不同玛雅遗址对干旱事件的响应存在显著差异。普乌克地区（Puuc Region）在9世纪末至10世纪初经历了快速的衰落，其建筑活动和象形文字记录的结束时间与多次极端干旱事件的时间高度吻合（图2）。例如，乌斯马尔（Uxmal）的象形文字记录结束于907 CE，而此后不久（912-916 CE）即发生了一次持续多年的干旱（图2E）。这种频繁的干旱事件可能破坏了该地区脆弱的农业和政治系统，导致社会不稳定和建筑活动的停止。与普克地区不同，奇琴伊察（Chichén Itzá）地区在9世纪末至10世纪初的干旱期间表现出更强的适应能力。其在“新奇琴伊察”时期（942-1022 CE）的繁荣可能得益于贸易和水资源管理策略（图2D）。这一时期干旱频率较低，且干旱事件之间有较长的间隔（超过10年），这使得奇琴伊察能够通过水资源管理技术缓解干旱对农业的影响，从而维持人口和政治结构的稳定。
图2 干旱序列与主要城址的社会活动年代对应关系. (A) Tzab06-1石笋氧同位素（位于沉积间断之下的部分），着色区域与图1相同，其中被重复验证的干旱事件以红色轮廓标出。(B) Chaac石笋氧同位素，相对于原始时间序列前移2年以便对比。记录在其年代误差范围内。(C) YOK-I石笋氧同位素，未进行时间矫正。(D) Puuc与Chichén Itzá（黄色）放射性碳测年考古材料的概率密度函数分布。(E) 纪念碑长纪年年代数量，按10年时间窗统计，并以单个日期点显示（叉号，其颜色与(D)相同）。
（3）干旱事件对玛雅农业和社会稳定性的潜在影响：研究表明，古典期末期的干旱事件对玛雅农业和社会稳定性产生了深远影响。干旱导致的降水减少直接影响了玉米等主要农作物的产量，极端干旱可能导致玉米产业产量大幅下降，甚至完全崩溃。这种农业生产的不确定性可能削弱了玛雅社会对统治阶层的信心，进而导致社会动荡。研究还指出，尽管玛雅社会采取了多种水资源管理措施（如水库和储水设施），但在频繁且严重的干旱面前，这些措施可能仍不足以维持大规模的农业生产和城市中心的生存（图2）。例如，新奇琴伊察在1025-1050 CE的“大干旱”期间也经历了衰落和崩溃，表明即使是最具环境适应性的社会也可能无法抵御极端气候事件的长期影响。
重要启示
启示1：高分辨率古气候记录对于理解气候变化和社会变化之间的关系非常重要。高分辨率（如季节尺度）的古气候记录能够提供更详细的信息，帮助我们理解气候变化的动态过程。本研究通过分析石笋的亚年际尺度氧同位素变化，识别出持续多年的季节性干旱事件，这种分辨率远高于传统的年代际或更长时间尺度的记录。得益于铀钍（U-Th）定年和石笋的年纹层计数方法，本研究建立了高精度的年代模型，使得古气候记录能够与考古记录进行直接对比。所以，未来的研究应注重获取更高分辨率的古气候记录，如季节甚至月度尺度的气候变化信息。这需要开发和应用更先进的年代学方法和科学仪器。
启示2：多学科结合的研究方法助力研究古文明对极端气候的差异化响应。研究结合了地质学（石笋氧同位素分析）、考古学（遗址记录和放射性碳定年）、气候学（现代降水和滴水监测）和历史学（文献记录）等多种手段，揭示了气候变化与玛雅社会变化之间的复杂关系。这种研究方法为理解极端气候事件对古文明的影响提供了新的视角。同时，研究发现不同玛雅遗址对干旱的响应存在显著差异，如普克地区和奇琴伊察的不同表现。这提醒我们极端气候事件对古文明的影响可能因地区而异，未来的研究应关注不同地区、不同社会结构和环境背景下的差异化响应，以揭示极端气候事件对古文明的复杂影响。
启示3：现代监测数据为可靠的古气候重建提供了重要的依据。本研究通过开展现代降水和洞穴滴水同位素监测（图3），滴水中的氧同位素的周际变化（图3D）完美响应了降雨量变化（图3C），验证了该区域石笋氧同位素记录干湿变化的可靠性，从而为古代气候事件的解释提供现代证据。石笋是当前难得的高分辨古气候研究载体，但在东亚季风区，石笋氧同位素被认为指示大气环流效应，并不能直接作为干湿古气候的代用指标，因此，如何发挥石笋的高分辨率优势同时，寻求可靠的古气候代用指标是一大挑战性难题，开展潜在指标的现代过程监测是破解该难题重要途径之一。
图3 Grutas Tzabnah 一年的雨水和滴水监测结果. (A) 月尺度雨水的δ18O，每个数据点代表前一个公历月的平均值（以水平线表示）。(B) 洞穴正上方的每日降雨量。(C) 周尺度降雨量，并经过处理以体现岩溶系统中的混合与滞留时间，用于模拟到达洞穴顶部的水量。周降雨量向后偏移4周，并对之前的4周进行平均（滞留期间的混合）。*对前4周进行平均，而非对某日期前后各2周进行平均，在数学上等效于额外的2周时间偏移。采用4周的滞留与混合时间，可与滴水δ18O的变化达到最佳匹配。(D) 每周采样的滴水δ18O，继承了降雨量变化（C）所产生的信号。(E) 现代方解石的δ18O，由δ18Odw（D）在假设平衡沉淀条件下进行前向模拟得到，并与Tzab06-1石笋δ18Occ的平均值及±1σ范围（右侧）进行对比。
——解读人：朱宗敏、贾雨航
——责任编辑：王灿发
