Den årliga sommarmonsunen som släpper regn till östra Asien, ett område med omkring en miljard människor, har förändrats dramatiskt i det avlägsna förflutna, ibland rör sig norrut med så mycket som 400 kilometer och fördubblar nederbörden i den norra delen. Monsunens förändringar under de senaste 10, 000 år förändrade sannolikt utvecklingen av tidiga mänskliga kulturer i Kina, säger författarna till en ny studie.

Forskare från Lamont-Doherty Earth Observatory och den kinesiska vetenskapsakademin i Xi'an studerade gamla vattennivåer för sjön Dali, en sjö med sluten bassäng i Inre Mongoliet i nordöstra Kina. De fann att sjön var sex gånger större och vattennivåerna var 60 meter högre än vad som fanns under tidig och mellersta holocen - perioden som började omkring 11, 700 år sedan, och som omfattar utvecklingen av den mänskliga civilisationen.

"Jag tycker att det är viktigt att betona att dessa rumsliga fluktuationer i monsunen driver stora förändringar i norra Kina, sa Yonaton Goldsmith, en doktorand vid Lamont-Doherty Earth Observatory och huvudförfattare till tidningen. "När monsunen är stark, det skiftar norrut och norra Kina blir grönt. När monsunen är svag, monsunen stannar i söder och norra Kina torkar ut. Sådana stora fluktuationer måste ha förändrat ekosystemen i norra Kina dramatiskt."

Studien, visas denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences , kopplar också den skiftande monsunen till förändringar i jordens omloppsbana och andra periodiska förändringar i klimatsystemet. Studien borde hjälpa forskare att förstå hur monsunen påverkas av dessa naturliga cykler, och hur ett förändrat klimat idag kan påverka monsunen i framtiden.

Goldsmith sa att det fortfarande är oklart hur monsunen kommer att reagera på den globala uppvärmningen. En uppfattning är att monsunen bör växa sig starkare, men området som studerats har torkat ut under de senaste decennierna, han sa, "så det är fortfarande mycket som måste göras i den regionen innan vi kan få definitiva svar."

Dali Lake ligger nära den nordvästra gränsen för den östasiatiska monsunen, och så skulle återspegla de förändringar som åstadkoms när monsunen flyttade norrut. Forskarna studerade hällar av sediment som lämnats kvar när sjön var mycket större, och använde dessa och andra markörer för att konstruera en tidslinje över sjönivåer, och fluktuationen av nederbörd under årtusenden.

De fann att sjön nådde toppnivåer runt 123, 000 år sedan, igen runt 58, 000 år sedan, och en gång till mellan 11, 000 och 5, 500 år sedan. De binder de periodiska ökningarna av nederbörd till räckvidden för monsunen som skiftar norrut med så mycket som 400 kilometer. Sjörekordet är "högt korrelerat" med mätningar som tagits tidigare från grottavlagringar i både norra och södra Kina.

Mellan 5, 500 och 5, 000 år sedan, monsunen försvagades och nederbörden över norra Kina minskade med 50 procent, fann forskarna. De spekulerar i att denna torkning utlöste en stor kulturell övergång i regionen. Som de beskriver det, två tidiga neolitiska samhällen, Hongshan-kulturen i norra Kina och Yangshao-kulturen i centrala Kina, kollapsade runt 5, 000 år sedan. I centrala Kina, den följande perioden såg uppkomsten av mer stratifierade och socialt och politiskt komplexa samhällen, inklusive Longshan-kulturen. Tidigare obesatta områden på den tibetanska platåns östra marginal var befolkade. Under tiden, nordöstra Kina upplevde en kraftig befolkningsminskning, representeras av Xiaoheyan-kulturen.

"Dessa resultat visar att klimatförändringar kan ha dramatiska effekter på mänskliga samhällen och belyser nödvändigheten av att förstå effekten av global uppvärmning på nederbördsmönster i Kina och över hela världen, " skriver författarna.

Intensiva variationer i nederbörd kan ha spelat en roll i kollapsen av andra civilisationer. En studie ledd av Lamont-forskaren Brendan Buckley, publicerades för flera år sedan, föreslog att långvarig torka i kombination med förändringar i monsunen kunde ha dömt Kambodjas gamla khmercivilisation i Angkor för nästan 600 år sedan. Torkan tros ha spelat en roll i nedgången av den klassiska Maya-civilisationen, för, men i så fall, en annan Lamont-studie tyder på att Maya själva bidrog till torkan genom att röja skogar för städer och grödor.