北京地区过去2650 年来暖季温度的年代际变化特征

近百年来的全球增温受到广泛关注. 了解过去气候的自然变率对预测未来气候变化具有重要意义. 石笋记录分辨率高, 可精确定年, 为过去气候变化的研究提供了宝贵材料.     

探索大洋碳储库的演变周期

南沙深海钻孔ODP1143井的5 Ma沉积记录, 揭示出碳同位素变化有0.4~0.5 Ma长周期, 并通过对比证明为全大洋所共有, 反映了大洋碳储库的低频变化. 此类周期性也见于碳酸盐和热带风尘沉积, 说明是由季风等低纬区过程所引起. 无论1143井或其他大洋的第四纪记录, 都表明碳同位素重值期(δ¹³C_max)所反映的大洋碳储库改组, 发生在冰盖大扩张和冰期旋回变型(如“中更新世革命”、“中布容事件”)之前, 证明了碳循环对于冰期变化的调控作用. 可见第四纪冰期旋回应当是高纬与低纬过程, 物理作用(冰盖)和生物地球化学作用(碳循环)相互结合下“双重驱动”的产物, 不能只靠北半球高纬区响应轨道驱动的物理因素来解释. 由于当前地球正处在又一次碳同位素重值期, 理解大洋碳储库的周期演变及其气候影响实属当务之急. 文中还对第四纪以前大洋碳、氧同位素的变化进行比较, 发现在0.4 Ma偏心率长周期上两者同步变化, 随着北极冰盖的发育才失去耦合关系.     

南海北部深海沉积元素记录的氧同位素3期以来千年尺度快速气候波动

对南海北部MD05-2903岩芯进行的高分辨率元素含量测试发现,K/Ti值可较完整、细致地揭示出氧同位素3期(MIS 3)以来的千年尺度快速气候变化,应是目前从南海深海沉积中获得的该时期分辨率最高、千年尺度气候变化信号最强的古气候记录.与高纬极地冰芯及北半球中-低纬石笋氧同位素记录的对比发现,MD05-2903岩芯K/Ti值具有类似锯齿状的气候变化特征.粒度分析发现,K/Ti值与细端元粒度组分含量同步变化;矿物成分测试表明,富K的伊利石含量在K/Ti峰值处明显比低值处增高,含Ti重矿物的含量变化则相反.因此认为,在千年尺度上,K/Ti值反映了以伊利石为主的富K细粒风化矿物和含Ti重矿物在冰阶和间冰阶对南海北部的输入及沉积变化,而这受到了东亚季风变迁带来的降雨变化,以及随之引起的陆地母岩风化产物剥蚀程度及河流搬运能力变化的控制.     

深海氧同位素8期东亚夏季风旋回与事件的湖北神农架洞穴记录

根据神农架三宝洞一支长610 mm石笋的7个²³⁰Th 年龄和355个δ¹⁸O数据, 将该洞石笋季风记录延伸至深海氧同位素8阶段(MIS8). 虽然²³⁰Th年龄在该时段的误差达3~4 ka, 但根据石笋剖面δ¹⁸O的波动幅度(3.4‰)以及沉积速率的相对稳定性, 获得了284~240 ka BP连续的东亚季风气候记录. 石笋δ¹⁸O记录的岁差旋回与北半球65°N太阳辐射能量曲线类似, 这进一步支持了轨道尺度太阳辐射直接控制亚洲夏季风变化的假说. MIS8至少存在6个千年尺度的夏季风增强事件(振幅>0.5‰, 持续时间>1 ka), 叠加于轨道尺度的季风气候旋回之上. 邻近冰消期的3个显著的夏季风减弱事件大致可与北大西洋冰漂碎屑事件对比, 说明此类全球性特征的千年尺度事件持续发生在更老的冰期气候边界条件下. 与最近两次冰消期相似, 倒数第三次冰消期也表现为两个阶段的变化过程, 即阶段1为夏季风减弱时期(约250~244 ka BP), 此时期南极温度和CO₂浓度缓慢上升; 阶段2(244 ka BP附近)为夏季风快速增强时期, 与CH₄浓度突变同步, 南极温度和CO₂浓度则达到最大值. 北半球高纬度太阳辐射能量的变化有可能触发了冰消期的开始, 而南半球温度变化则是终结东亚季风倒数第三次冰消期的要素之一.     

南京汤山石笋高分辨率氧-碳同位素记录对气候事件的快速响应

根据南京汤山石笋高分辨率氧－碳同位素分析结果，讨论了50－40kaBP期间4个Dansgaard-Oeschger冷暖旋回的洞穴温度和地表植被的快速响应过程。研究发现，D－O暖事件时C3型植被丰度降低，指示了大气有效降水量的减少。石笋氧同位素曲线与格陵兰冰芯对比表明，东亚季风气候在数十年至百年尺度上与高纬极地气修变化基本一致，但石笋对冰漂碎屑事件H5标定的年龄比格陵兰冰芯提前20ka，由于定年方法不同，目前尚难确定两者气候事件的相位问题。     

福建仙云洞石笋记录的Heinrich 1事件突变特征

Heinrich 1事件(H1事件)是末次冰期一系列冰漂碎屑事件中最为突出的寒冷事件.本文基于闽西连城县仙云洞石笋(编号:XYⅣ-3)8个~(230)Th年龄和256个氧同位素结果,获得了16.8~15.2 ka BP期间平均分辨率达7 a的东亚夏季风演变序列.该石笋氧同位素记录最为显著的特征是在16.3~16.1 ka BP时段出现两个阶段的偏正过程,振幅达1.8‰,指示了一次显著的弱季风事件突变过程,对应于北大西洋显著的H1事件.与具有年层时标的南京葫芦洞和神农架青天洞石笋记录对比发现,尽管在定年误差范围内3个洞穴的石笋记录都捕捉到了H1事件的这次突变过程,但我国东南仙云洞记录的H1突变过程的时间(~260 a)明显比长江中下游的青天洞(18 a)和葫芦洞(19 a)长得多,表现出显著的差异响应.分析表明,在北半球突变事件诱发后,热带西太平洋的海气过程有可能是造成这种差异响应的原因.     

黄土高原六盘山天池记录的中晚全新世高分辨率气候变化及其意义

位于我国东南部典型季风区与西北内陆干旱区之间过渡区的黄土高原中西部缺乏中晚全新世以来的高分辨率气候记录. 通过对黄土高原发现的六盘山天池湖泊沉积物进行孢粉、磁化率、沉积物色度指标分析, 结合陆源植物残体的高精度AMS 测年控制, 获得了中晚全新世 6200 年来的高分辨率气候变化记录. 初步的结果表明, 该区域和季风区石笋为代表的大的气候框架记录比较一致, 但在气候事件上提供了更为翔实丰富的信息.     

南极冰芯定年综述

定年研究是冰芯研究的基石.为此,本文综述了南极冰盖冰芯定年研究的最新研究进展.南极冰芯定年的主要方法有:利用季节性参数(δ18O、主要离子和微粒等)的季节变化特征,参考层位(如放射性物质参考层和火山事件参考层)、放射性同位素、理论模型、冰孔内古温度记录和同其他记录比较等.各种定年方法适用的时间尺度不同,精度也不一样.在实际应用中,应利用各种方法对冰芯进行综合交叉定年,才能得到较为精确的时间序列.     

倒数第2个冰消期印度尼西亚穿越流的增温幅度及其与高纬气候变化的关系

热带海区是全球水汽和热量传递的重要源区, 其表层海水温度(SST)的变化必然会对高纬及全球气候变化产生重要影响, 而热带与高纬气候变化的相位关系又是研究全球气候变化机制的关键. 本研究展示了千年尺度上印度尼西亚穿越流(Indonesian Throughflow)出口处帝汶海区(Timor Sea)SO18459站位在倒数第2个冰消期(Termi- nation Ⅱ)的多种古海洋学记录, 包括浮游和底栖有孔虫的δ¹⁸O, G. ruber Mg/Ca比值和表层海水δ¹⁸O_w等. G. ruber Mg/Ca比值显示, 帝汶海区海水表层温度在Termination Ⅱ的变化幅度约为4.1℃, 且与浮游及底栖有孔虫的δ¹⁸O在Termination Ⅱ时期几乎同相位变化. 这一新的结果表明, 千年尺度上热带海区的气候变化似乎与高纬的冰盖变化同步. 此外, G. ruber Mg/Ca比值指示的SO18459站的SST记录表明, Termination Ⅱ时帝汶海区的增温与南极增温几乎同时发生, 这说明热带与南半球高纬之间存在着快速的热传输, 而这种快速的热传输有可能通过大气的遥相关或者大洋上层水体来完成. SO18459站的G. ruber δ¹⁸O和SST在Termination Ⅱ存在显著的回返事件, 可能与澳大利亚季风降雨减少或西太平洋厄尔尼诺增强相关, 但类似事件在东亚季风降雨记录中缺乏, 说明热带地区不同气候系统对同一外部强迫如厄尔尼诺的响应并非完全一致, 而是具有很强的地域性. 全球底栖有孔虫δ¹⁸O的综合记录在Termination Ⅱ也存在一类似的回返事件, 说明了高纬和低纬气候在千年尺度上的遥相关.     

盛冰期太阳活动在南京石笋年层序列中的印迹

根据南京葫芦洞一支石笋高精度²³⁰Th年龄及纹层计数, 确定该石笋在24~21 kaBP期间发育连续3000年左右的年层序列. 石笋年纹层厚度与光面灰度具有良好的相关性(r = 0.55), 支持纹层厚度反映夏季风降水效应的观点. 年纹层厚度与反映太阳活动的冰芯¹⁰Be记录在百年-千年尺度上的一致性, 说明全球冰量最大背景下东亚夏季风气候的高频变化仍受太阳活动驱动. 年层序列的功率谱分析结果表明十年-百年尺度的季风气候变化与太阳活动周期基本一致.     

全新世季风气候演化与干旱事件的湖北神农架石笋记录

基于湖北神农架山宝洞SB10石笋的14个²³⁰Th年龄和266个氧同位素数据, 建立了11.5~2.1 kaBP时段东亚季风降水序列. 该记录表明: 11.5~9.3 kaBP, 季风降水处于持续增长期; 9.3~4.4 kaBP, 该时段为降雨丰沛的湿润期, 4.4~2.1 kaBP, 该时段为降水较少的干旱期, 其长期演化趋势大体类似于北纬33°夏季日辐射能量曲线. SB10石笋δ¹⁸O记录揭示了4.3 kaBP前后季风降水突然减少, 反映了植被-大气-气溶胶对太阳辐射减少的正反馈效应, 该事件与4 ka左右中国新石器文化断层基本同步. 从早全新世平均分辨率20年的石笋降水记录中识别出8.2, 8.6, 9.3, 10.2和11.0 ka显著干旱事件, 可与格陵兰冰芯δ¹⁸O记录的降温事件进行对比, 反映了早全新世北半球低纬季风与极地气候受同一机制的驱动.     

石笋密度蕴含的过去气候变化信息: 以末次冰消期黄土高原西部武都万象洞石笋为例

亚洲季风区边缘甘肃武都万象洞一根石笋(WX42A)在末次冰消期不同生长时期密度变化表现出有规律的波动. 高精度²³⁰Th测年和高分辨率的石笋密度结果表明, 生长于17644~12758 a BP之间石笋密度变化时间序列在长时间尺度上与反映亚洲季风强度变化的石笋δ¹⁸O记录变化趋势非常一致, 显示出季风强度增强/减弱(δ¹⁸O值偏轻/偏重), 石笋密度随之增大/减小的特征; 在短时间尺度上石笋密度的降低也对应于一些季风减弱事件如Inter-Allerød Cold Period (IACP)、Older Dryas (OD)和Inter-Bølling Cold Period (IBCP). 总体上, 石笋密度的降低是对季风减弱、降水量减少造成洞穴滴水速率降低、结晶核减少和晶体增大、生物活动强度减弱和土壤CO₂分压降低、碎屑杂质物质增多的反映. 然而在季风极端减弱、降水量大幅度减少和生物活动强度减弱时期, 温度的变化将主导石笋密度的变化, 如在北大西洋H-1事件温度突然降低时, 石笋密度却突然增大, 这是由环境温度的突然降低使得少量下渗水在低温下溶解的碳酸氢钙浓度升高、溶液过饱和度升高而形成晶体规则紧密排列且密度较大的石笋矿物所造成的. 这种灵敏记录石笋生长历史和外界环境变化的过去石笋密度随着时间波动, 说明石笋密度在过去气候变化研究中具有极大的潜力.     

冲绳海槽中部沉积岩芯的古海洋学研究

根据冲绳海槽中部的两个沉积岩芯(155和180)浮游有孔虫的氧同位素变化特征, 结合沉积序列、千年尺度气候波动事件对比、碳酸盐旋回及AMS ¹⁴C测年等资料对岩芯进行地层划分和对比, 对两岩芯沉积物中记录的古环境信息进行释读, 探讨研究区末次间冰期以来古气候的变化规律和冰消期内部的短时间尺度的气候突变事件. 结果表明末次冰期最盛时(氧同位素2期)冲绳海槽中部可能有古长江和古黄河的淡水影响, 冰期-间冰期氧同位素值及变化幅度证明了边缘海对气候变化的“放大”效应. 底栖有孔虫Uvigerina的δ ¹³C值在冰期时明显变轻, 表明冰期时黑潮主轴东移, 影响范围萎缩. 对180岩芯中存在的“新仙女木”(YD)期气候突变事件进行了对比分析, 表明冲绳海槽地区的气候变化虽然受全球气候变化的控制, 但一些地域性的因素(如东亚季风)对研究区也有一定影响. 还对“YD”事件的成因机制进行了探讨, 在一定程度上支持了Fairbanks将YD期解释为两大融冰事件引起两次海平面快速上升之间一个短暂的海平面回升-滞缓期的观点. 底层水团与西北太平洋深层水团的交换程度减弱, 含氧量降低, 对CaCO₃物质的溶解作用增强, 并使得冲绳海槽地区的CaCO₃旋回与“大西洋型”CaCO₃旋回一致.     

晚古生代大冰期碳-水循环回顾与展望

晚古生代大冰期(360～260 Ma)是地球上自动植物繁盛以来持续时间最长的冰期事件,记录了陆地自有高等植被和复杂陆地生态系统以来,唯一的一次从“冰室气候”向“温室气候”的转变.针对晚古生代大冰期的研究大多聚焦于全球碳循环以及冰川性海平面变化等方面,对大冰期的水循环研究相对较少,并且其主要基于气候模拟研究结果.随着单颗粒锆石精确测年技术的应用,高精度的综合地层框架使得冈瓦纳中高纬度地区冰川消长与低纬度地区沉积记录、生物多样性与演化及各种全球地球化学记录建立时序关系,为研究地球循环系统和反馈机制提供了基础条件.目前,对晚古生代大冰期碳同位素变化趋势已有较好认识,存在3次显著的碳同位素正漂事件,依次为杜内中期、巴什基尔早期和阿瑟尔早期,并且在时间上与冈瓦纳大陆识别的3次冰川高峰吻合.在宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫末期发生了一次短暂的碳同位素负漂事件,引起显著的全球变暖和海洋缺氧.冰川体积与古热带区域气候动态在天文轨道周期尺度至1～8个百万年的冰期-间冰期时间尺度上都具有耦合关系.在各种时间尺度上,晚古生代大冰期地球表层系统各个圈层之间的反馈过程都非常复杂.因此,今后需在高精度综合地层框架下,开展...     

利用花粉资料重建加拿大1 ka来气温变化序列

植物花粉资料用来恢复千年-万年尺度的气候变化是一种比较成熟的方法，并取得了大量的成果，但应用于十年至百年尺度的气候序列重建仍属探讨性研究，本文采用花粉资料，以50a为时间尺度单元，对加拿大过去1ka的温度进行了历史重建，近千年来北美地区气候环境受人为干扰甚少，1～0.1ka尺度的气侯变化主要受自然因子控制，因此可为认识和鉴定中国千年来气候变化序列中人为影响程度提供有价值的参照系，此外，本文所采用的花粉-气候转换法可以为中国的千年尺度的气候重建提供实用技术。     

黔北石笋记录的MIS 5d/5c季风突变过程

基于黔北三星洞石笋(SX29)9个铀钍年龄和420个氧同位素分析,获得了113.6±0.3~106.2±0.4 ka BP(相对于1950年)10年际分辨率的?18O时间序列.该石笋?18O时间序列记录了MIS 5d/5c转换时亚洲夏季风强度变化的突变过程.根据突变过程中间点的年龄确定MIS5d/5c突变时间为108.1±0.3 ka BP.石笋记录对MIS 5d/5c突变时间的精确标定可以作为MIS 5阶段重要的年龄控制点,用以校正南北极冰芯记录和深海沉积记录的时间标尺.季风MIS5d/5c转换阶段也表现为类似过去4个冰消期的2个阶段变化过程:阶段Ⅰ为夏季风较弱时期,而南极温度缓慢上升;阶段Ⅱ为夏季风快速增强时期,与甲烷浓度突变同步,南极温度则上升至最高值.     

黄土高原过去130ka来古气候事件年表

在我国沙漠－黄土过渡带分别研究了榆林蔡家沟,横山石峁,会宁李家塬和定边姬塬４个黄土剖面,得到过去１３０ｋａ来高分辨率的古气候变化记录,产从中识别出轨道尺度,万年左右尺主,千年尺度和千年至百年尺度这４类古气候事件;运用最新研制的“自动轨道调谐时间标尺”,分别估计了这结事件所发生的时代,并由此建立了黄土高原地区过去１３０ｋａ来古的气候事件年表。     

晚上新世赤道太平洋气候转型和北极冰盖扩张的轨道驱动

赤道太平洋气候在晚上新世进入一个重大转型期. 具体表现为全球海表温度(SST)开始变冷, 东西太平洋SST梯度开始形成并逐渐加大. 不仅如此, 这一变化几乎与北半球高纬冰盖扩张同步发生. 探讨太阳辐射、高纬和低纬气候变化之间的相互关系是揭示这一气候转型机制的关键. 通过一系列数理统计方法对赤道太平洋的SST和全球冰量变化中的轨道周期成分进行分析发现, 北半球高纬的太阳累积辐射量是此次气候转型的主要外部驱动力; 在轨道尺度上, 东西赤道太平洋的SST在转型之后表现出基本同步而非“跷跷板”式的变化规律; 通过分析对比认为晚上新世气候转型起源于地球轨道参数的转变, 而大气CO₂浓度变化产生的反馈效应使得全球气候自早新生代以来进一步变冷.     

青藏高原冰芯高分辨率气候环境记录研究进展

青藏高原冰川高分辨率连续记录了过去气候环境变化信息.通过多种代用指标的分析可以重建气候变化历史.稳定同位素是冰芯记录的重要指标之一,通过青藏高原现代降水同位素过程的研究明确了大气降水中稳定同位素与气温的关系,奠定了青藏高原冰芯古气候学研究的理论基础.通过青藏高原不同地区冰芯稳定同位素记录研究,恢复了末次间冰期以来不同时间尺度的气候演化历史,冰川积累量变化揭示了过去降水量的变化过程;青藏高原冰芯中也保存了一系列的近代人类活动记录.此外,从青藏高原冰芯记录中提取了冰芯微生物种群及数量变化的信息,有助于进一步解释过去气候环境变化,获得了冰芯中古气候环境变化研究的新指标.     

东海内陆架泥质沉积记录的全新世快速气候波动

以东海内陆架泥质区中部MZ02孔岩芯沉积物为材料,挑选底栖有孔虫单种Ammonia compressiuscula进行了壳体氧碳稳定同位素和镁钙比值分析,并结合沉积物粒度、磁化率和地球化学等古环境替代指标,讨论了MZ02孔沉积记录所反映的若干气候和海洋环境变化,识别出发生在8.4,7.2和6.2 ka BP的3次千年事件,其中最为显著的是发生在8.4 ka BP的降温事件.本研究揭示的中全新世大暖期内气候波动特征,与相邻陆地的季风记录、热带太平洋的古海洋记录相一致,具有百年尺度的太阳活动周期,其中以200 a周期最为显著,推测太阳活动可能是研究区全新世快速气候变化的主要原因之一.