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.     

全新世黔北降水特征的石笋记录及适宜期结束时间在亚洲季风区的不等时性

基于黔北石膏洞两支石笋(SG1 和SG2)的12 个高精度²³⁰Th 年龄(误差为±2.5~55 a)和479 个氧同位素数据, 建立了全新世9.9 ka BP (相对1950 AD) 至今较高分辨率的东亚季风和印度季风交汇区季风降水序列. 石膏洞δ¹⁸O 记录表明: 9.9~6.6 ka BP, 季风降水处于降水丰沛的湿润期; 6.6~1.6 ka BP, 该时段为降水逐渐减弱时期; 1.6 ka BP 至今石笋δ¹⁸O 最为偏正, 季风降水整体处于较弱期, 其长期演变趋势整体追随30°N 夏季太阳辐射能量变化曲线. 利用时序分析方法, 对石膏洞与已发表的高分辨率石笋δ¹⁸O 记录分析发现, 石笋所揭示的全新世适宜期结束时间在不同季风区存在显著差异: 统计分析结果显示印度季风区的阿曼为7.2~7.4 kaBP, 东亚季风下的华中地区为5.6~5.8 ka BP, 而地处于两季风交汇处的西南一带则介于其中约为6.6~7.0 ka BP. 我们认为供应东亚季风水汽来源的热带西太平洋海水表面温度变化, 是可能造成亚洲不同地区全新世适宜期结束时间不一致的原因.     

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.     

鄂霍次克海东南部180ka BP以来底栖有孔虫δ~(13)C轻值事件

对鄂霍次克海东南部OS03-1岩芯180 ka BP以来底栖有孔虫内生种Uvigerina spp.进行了稳定氧碳同位素分析,发现了112~109 ka BP(Ⅵ),102~90 ka BP(Ⅴ),85~76 ka BP(Ⅳ),57~54 ka BP(Ⅲ),44~40 ka BP(Ⅱ)和17~10 ka BP(Ⅰ)的6次δ13C轻值事件,其中发生于102~90 ka BP的轻值事件Ⅴ中的δ13C降幅最大,达到了2.5‰,其他事件中均达到1‰以上.研究认为,这些δ13C轻值事件可能由表层生产力增高、鄂霍次克海中层水形成减弱、最低含氧带加强等因素共同引起.古菌生物标志物结果表明,这些δ13C轻值事件没有受到天然气水合物分解和甲烷气体释放的影响.     

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。     

西风区全新世以来湖泊沉积记录的高分辨率古气候演化

选择位于西风区的乌伦古湖为研究对象, 利用AMS¹⁴C测年手段建立了乌伦古湖沉积岩芯全新世以来的时间序列. 对湖泊沉积物中的孢粉、TOC, TN、有机δ¹³C_org、介形组合及其壳体δ¹⁸O, δ¹³C_carb等多项环境代用指标的综合分析表明, 全新世以来乌伦古湖地区古气候经历了温干(10.0~7.6 cal ka BP)-暖湿(7.6~5.3 cal ka BP)-暖干(5.3~3.6 cal ka BP)-温干(3.6~2.1 cal ka BP)-温湿(2.1~1.3 cal ka BP)-凉干(1.3 cal ka BP以来)的变化过程. 随着气候的变化, 湖泊曾出现明显的高湖面时期(7.6～5.3 cal ka BP)和两次较大规模的退缩(5.3~3.6和1.3 cal ka BP以来). 乌伦古湖地区的气候环境演化与周边区域环境变化记录有很好的一致性, 响应了区域环境变化和全球气候突变事件, 基本遵循全新世气候变化的西风模式.     

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.     

南黄海中部泥质区ZY2 孔6200 年以来的海表温度记录及黄海暖流变化的影响

利用长链烯酮不饱和比值(U₃₇^K′)重建了黄海暖流途经的南黄海中部泥质区ZY2 孔6.2 cal ka BP 以来的海水表层温度(SST). SST 变化范围为14.1~16.5℃, 平均15.6℃, 分为3 个阶 段: 6.2~5.9 cal ka BP 较高, 5.9~2.3 cal ka BP 较低且波动大, 2.3 cal ka BP 以来较高且较稳定. SST 的记录与黑潮强弱的变化相似, 对全球气候变冷事件有良好响应, 但各阶段的响应幅度 差异显著: 黑潮影响强盛期SST 对全球变冷事件响应弱, 黑潮影响衰弱期响应强. 响应幅度 差异与黄海暖流作为黑潮陆架支流和冬季风诱导的补偿流的调节机制有关, 黄海暖流带来的 暖水将缓冲气候变冷所引起的SST 降低, 黑潮和东亚冬季风二者均起重要作用. SST 的波动具有1482 a 的周期, 该周期在黑潮波动中以及格陵兰冰芯、北大西洋和阿拉伯海沉积物中同样存在, 显示了南黄海中部SST 变化与黑潮的对应性及中国东部陆架海洋环境对全球海洋环境变化的响应.     

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.     

石笋铀同位素组成对土壤环境变化的指示

通过测定南京葫芦洞两支石笋41个样品的铀、钍同位素组成,发现距今 75～18 ka期间洞穴石笋238U和δ234U0的变化与33°N夏季太阳辐射曲线、石笋δ18O曲线具良好的对比关系.洞穴上覆土壤带有机质丰度变化是控制石笋238U含量变化的主要因素,由此解释了石笋238U变化曲线与δ18O,同纬度太阳辐射曲线之间相位一致的原因,但水-土-岩之间238U迁移富集过程的复杂性导致238U与气候曲线在振幅上不完全一致;δ234U0指示了洞穴上覆土壤剖面成壤作用强度变化,较敏感地反映了本区下蜀黄土成壤作用与风成堆积过程.因此,洞穴石笋铀浓度及其同位素比率可作为新的洞穴气候环境替代指标.     

亚洲古季风变率和机制的洞穴石笋档案

洞穴石笋气候档案具有深海沉积等长尺度记录和树轮日历年两种不同气候载体的特征,开启了研究轨道尺度、千年尺度和年际气候变化三者联系的新窗口.本文主要回顾了近20年来亚洲季风区石笋的高精度定年和气候代用指标等研究进展.精确定年的石笋气候序列为米兰科维奇"轨道假说"解释低纬气候变化奠定了基础,并有可能深入了解突变气候事件的驱动机制.在此基础上,讨论了目前学术界普遍关心的"中国石笋d~(18)O信号解释"问题,认为在千年尺度以上,石笋同位素序列反映了季风气候控制下的干/湿变化过程.跨越中布容事件的石笋记录有可能联系低纬岁差尺度水文循环与高纬冰盖过程,将冰盖、季风、温室气体和生物地球化学过程置于高精度年代框架下,研究其驱动与响应关系.最后指出,精确定年的石笋气候序列有可能成为大陆同位素气候层型,并在解决当代全球变暖机制问题上发挥重要作用.     

130 kaBP左右东亚季风突变过程的洞穴石笋记录

基于湖北神农架地区石笋(SB25)6个²³⁰Th年龄和472个氧同位素分析, 获得了133~127 ka时期十年际分辨率的δ¹⁸O时间序列. 该石笋δ¹⁸O时间序列记录了倒二冰期向末次间冰期转换时东亚夏季风降水强度变化的详细过程. 通过对石笋的精确定年, 确定终止点Ⅱ的年龄为129.5±1.0 ka, 证实了北半球太阳辐射是东亚季风冰期/间冰期转换的主要驱动力. 该石笋δ¹⁸O值在冰期/间冰期旋回中振荡幅度达4‰左右, 这在亚洲季风区洞穴记录中具有普遍性. 分辨率为十年际的δ¹⁸O曲线显示东亚季风在倒二冰期向末次间冰期转换时表现为4个阶梯式阶段, 其中“终止点Ⅱ停滞”后的季风降水突增与全球CH₄浓度突变同步.     

MIS 3期南海西部上层水体古海洋学变化

“太阳号” 17954站位于南海西部越南岸外夏季上升流区, 沉积物记录了东亚夏季风的变化. 本次研究在AMS ¹⁴C测年基础上建立了严格的年龄框架, 利用浮游有孔虫Globigerinoides ruber (white s.s.)的Mg/Ca-古海水温度计, 对17954柱状样氧同位素三期(MIS 3)表层海水古温度和盐度进行估算, 并结合温跃层以及有孔虫初级生产力的变化探讨东亚夏季风在MIS 3期的变化. 研究表明, 17954站G. ruber氧同位素与NGRIP冰芯以及葫芦洞石笋的氧同位素一样, 存在显著的千年尺度的波动, 显示了该海区表层环境变化与北半球高纬地区以及东亚夏季风变化的内在联系. 17954站在MIS 3期中记录了5个明显的温跃层变浅时期S1~S5, 其中S1~S4时期均有表层海水温度和盐度降低、生产力增加的状况, 表明在这些时期内有明显的上升流的存在, 指示了较强的东亚夏季风, 同时盐度的降低与夏季风带来较强的降水有关.     

黄土高原西缘在AD 1875~2003期间石笋氧同位素记录的季风降水变化与海气系统的联系

基于黄土高原西部甘肃武都万象洞中一根石笋0~16 mm之间的5个高精度²³⁰Th年代和103个δ¹⁸O数据, 重建了亚洲季风边缘区过去100多年来高分辨率的季风降水变化历史. 通过与武都器测降水数据对比发现, 最近50多年来石笋氧同位素组成受降雨量效应的影响, 指示了亚洲季风的强弱变化及其带来的降水量信息. 近100多年来亚洲季风的变化历史可分为季风降水增强期(AD 1875~1900)、季风降水减弱期(AD 1901~1946)和季风降水再次增强期(AD 1947~2003) 3个气候段, 而且这3个季风变化阶段与通过历史文献记载建立的旱涝指数变化相似. 近100多年来万象洞石笋氧同位素记录的季风强度变化与太平洋年代际振荡(PDO)密切相关, 年代际时间尺度上PDO暖(冷)相位与季风降水的减少(增加)对应; 但在1977年之后出现了季风降水变化和PDO的反相位关系, 很可能是北太平洋在1976/1977年前后发生的年代际气候跃变的反映. 说明现代亚洲季风强度及季风降水变化通过海气相互作用与太平洋密切相关. 这种关系将有助于亚洲季风区水循环的预测, 而且可以利用洞穴观测数据来提高气候模型的预测能力.     

末次盛冰期连续3 ka南京降水记录中ENSO周期

通过TIMS-U系测年和纹层计数年代学研究, 建立了18~14 kaBP南京汤山洞穴石笋纹层生长时间序列, 其中18179~14900 aBP时段年纹层生长速率提供了末次盛冰期东亚夏季风锋区年际降水变率信息. 经功率谱分析, 发现该时段存在显著的2~7年周期, 与现今季风降水记录中厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)周期相吻合, 进一步证实ENSO事件可以出现于盛冰期极端寒冷的气候边界条件. 石笋年生长速率的分段功率谱分析表明, ENSO周期的低频信号(4~7年)在18179~14900 aBP时段呈逐渐减弱的趋势, 支持ENSO事件的岁差旋回日辐射驱动模型. 然而, H1事件时ENSO周期信号的重现, 可能说明东亚冬季风的显著增强对El Niño事件具有激发作用.     

西藏纳木错湖芯正构烷烃及其反映的8.4 ka以来的环境变化

采用索氏抽提法提取纳木错NMLC-1孔湖芯沉积物中的正构烷烃, 利用GC/MS进行了测试. 在已经建立的深度-年代曲线基础上, 通过分析正构烷烃的组成与含量, 结合TOC, TN和CaCO₃等环境代用指标, 重建了纳木错湖区约8.4 ka以来的环境变化历史. 结果表明: 约8.4~6.7 ka BP期间, 环境较温暖, 降水呈增加趋势, 末期变冷干. 约6.7~2.9 ka BP期间可分为两个亚期, 早期温暖湿润, 至6.0 ka BP左右达到环境最适宜期; 晚期温度波动降低, 陆生植被和沉水植物退化, 以3.0 ka BP左右的冷事件结束. 约2.9 ka BP~现在, 冷暖交替, 1.4 ka BP左右开始趋于干燥, 600~400 a BP间的降温体现了小冰期特征.     

神农架大九湖泥炭藓泥炭α-纤维素δ13C记录的1000~4000 a BP间环境变化

神农架大九湖盆地位于典型的东亚季风区内, 是一个罕见的亚高山泥炭沼泽湿地. 该沼泽中心部位上部120 cm的泥炭藓泥炭层经花粉浓缩物AMS ¹⁴C测年表明其跨时4000 a. 根据C₃植物碳同位素分馏模式方程和苔藓植物光合作用CO₂吸收速率方程, 利用泥炭藓泥炭样品的α-纤维素δ¹³C数据, 定量恢复了研究区晚全新世湿度的变化过程. 结合TOC, C/N等指标分析, 发现1000~4000 a BP研究区环境变化的总体趋势是由暖湿变冷干, 在3000 a BP前后的气候特征发生显著变化. 3400~3200, 3000~2600, 2200~2000和1600~1400 a BP发生了4次显著的相对偏干的突变事件, 在全球众多记录中也有反映. 大九湖湿度记录指示的晚全新世东亚夏季风强度减弱过程与印度夏季风变化同步, 北半球夏季太阳辐射降低, 赤道热带辐合带逐渐南移, 是这一时期亚洲季风强度持续减弱的控制因素. 大九湖盆地湿度变化存在664, 302和277 a的周期, 可能与太阳活动有关.     

氧同位素阶段5c~d 时期川东北石笋Mg, Sr 和Ba记录及其意义

采用等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)对采自川东北诺水河地区梭子洞的石笋SZ2(发育时代120~103 ka BP)的Mg, Sr, Ba 等微量元素地球化学指标进行了分析. 结果显示SZ2 的Mg/Ca 在(9500~14700)×10^-6 之间, Sr/Ca 在(54~123)×10^-6 之间, Ba/Ca 在(31~82)×10^-6 之间. 这3个元素比值均显示了显著的千年尺度变化, 并与气候环境之间具有良好的对应关系: 在相对寒冷干旱的氧同位素阶段(MIS)5d 时期Mg/Ca 表现为相对低值, 而Sr/Ca 和Ba/Ca 表现为相对高值; 在相对温暖湿润的MIS 5c 时期这3 个元素比值呈现相反的变化. 通过从分配系数和岩溶地下水微量元素含量两个角度的分析, 认为SZ2 的Mg/Ca 变化可能主要受到温度变化的控制, 而Sr/Ca 和Ba/Ca 的变化可能主要受到地表土壤和大气粉尘活动与洞穴内先期碳酸盐沉积等因素影响. Sr/Ca 和Ba/Ca 是否直接受到温度和石笋生长速率等因素的影响则有待以后对相关机制的更深入研究. 在从MIS 5d 向MIS 5c 转换的时期, 3 个元素比值均领先于氧同位素(δ¹⁸O)的变化. 这可能反映了: (1) 控制Sr/Ca 和Ba/Ca 的粉尘活动等机制与温度变化密切相关; (2) 主要受太阳辐射控制的温度变化超前受夏季风和冬季温度两者共同控制的δ¹⁸O 变化.     

孢粉记录的新疆巴里坤湖16.7 cal ka BP 以来的植被与环境

 通过对新疆巴里坤湖的地层剖面进行的精确定年和孢粉分析, 结合现代表土孢粉数据, 重建了该地区16.7 cal ka BP 以来的植被和环境演化历史. 结果表明, 在末次冰消期及早全新世 (16.7~7.9 cal ka BP)研究区以荒漠植被为主, A/C 值所指示的有效湿度明显偏低, 气候干旱. 其中在16.7~8.9 cal ka BP 期间, 气候环境最为恶劣; 8.9~7.9 cal ka BP 为气候环境逐渐改善的过渡期. 研究区在中全新世(7.9~4.3 cal ka BP)为荒漠草原/草原, 有效湿度明显升高, 气候环境相对最为适宜, 湖泊周围高地可能有片状的桦木林地出现. 在4.3~3.8 cal ka BP 这一短暂时期, 研究区植被由荒漠草原/草原迅速转变为荒漠, 有效湿度显著降低, 可能是一次百年尺度的干旱气候事件. 研究区在晚全新世(3.8~0.53 cal ka BP)呈现出典型的荒漠草原/草原草甸景观, 有效湿度相对较高, 气候环境相对较为适宜; 0.53 cal ka BP 以来, 呈现荒漠植被景观. 区域对比显示, 该地区16.7 cal ka BP以来的气候环境演化特征与东亚季风影响区有着明显的差异, 在末次冰消期-早全新世气候干旱, 中全新世-晚全新世气候相对湿润.     

洞穴次生沉积物石笋的稳定同位素古气候的研究

用稳定同位素地球化学古温度的方法,对洞穴次生沉积物石笋进行碳、氧稳定同位素的测定,并对石笋进行铀系地质年龄和~(14)C地质年龄测定,可以获得第四纪以来的古气候演化规律。