贵州七星洞石笋记录的最近2300年气候和环境变化

基于贵州都匀七星洞石笋(QX-3)8个~(230)Th年代数据和414个δ~(18)O数据建立了研究区过去2360年、分辨率约为5年的石笋氧同位素时间序列。七星洞石笋QX-3δ~(18)O记录与灰度记录高度相关,表明石笋灰度值的变化亦可作为重建古气候和古环境的一个替代指标。功率谱分析显示石笋QX-3δ~(18)O序列具有显著的24~20 a和12~10 a周期,与树轮Δ~(14)C周期有很好对应,为太阳辐射驱动气候变化假说提供又一重要证据。亚洲季风区万象洞、黄爷洞、和尚洞、七星洞和董哥洞的δ~(18)O年代序列曲线对比显示,在长时间尺度上各洞穴的δ~(18)O记录均表现出较一致的气候环境变化特征;但在百年到数十年尺度上存在一定差异,这可能指示了区域降水对亚洲季风变化的响应差异。     

河南马沟洞石笋记录的早中全新世气候和环境变化

基于河南省禹州市马沟洞2支石笋(MG-1与MG-40)24个~(230)Th年龄和1988个氧同位素数据,建立了研究区13.1—4.9 ka BP分辨率为2—14 a的石笋氧同位素时间序列。马沟洞石笋δ~(18)O的时间序列揭示季风降水在11.2—9.1 ka BP时段在波动中逐渐增加,9.1—4.9 ka BP季风降水显著波动但无明显长期趋势变化。YD事件、9.3 ka事件、8.2 ka事件记录与其他石笋δ~(18)O记录的一致性揭示末次冰消期—早全新世百年—千年尺度气候突变事件的大范围存在和共同的驱动因子。马沟洞全新世大暖期的δ~(18)O记录中检测出的13个数十年尺度的弱季风事件进一步证实全新世大暖期气候的不稳定性。与大气⊿~(14)C记录、NGRIP冰芯δ~(18)O记录的对比及周期分析揭示,太阳活动引起的太阳辐射变化和北半球高纬气候状况共同影响着亚洲季风的变化,ENSO活动及气候系统内部的相互作用也对东亚夏季风降水产生重要的影响。     

重庆地区石笋δ13C记录的全新世气候环境变化

本文利用重庆市青木关镇狮子洞石笋QM09铀系测年数据和氧碳稳定同位素数据,重建了研究区9.4~0 ka BP的古气候环境演化历史。依据狮子洞石笋δ~(13)C记录变化趋势,将其划分为2个阶段:(1)9.4~3.0 ka BP期间,狮子洞石笋δ~(13)C记录除了在4.2 ka BP附近发生一次短暂的偏重事件外,整体变化比较平缓,石笋δ~(13)C值比较偏轻;同时石笋δ~(18)O值在该期也较为偏轻,暗示了此时段季风强盛,气候温暖湿润,地表植被变化稳定。此时人类活动比较弱,对自然环境的影响小,植被变化主要受自然气候环境的影响;(2)3.0~0 ka BP期间,石笋δ~(13)C记录不再呈现如第一阶段般平稳变动的趋势,在3.0 ka BP时开始波动下降,在经历1.7 ka BP大幅下降后,δ~(13)C便频繁波动大幅升降。石笋δ~(18)O记录显示该时段季风减弱,气候变干,植被退化,土壤水中溶解的CO_2含量减少。加之该期人类活动剧烈,地表自然植被遭到破坏,当地无机环境更多的参与到地下水循环体系中来,使得石笋δ~(13)C逐渐加重。     

重庆金佛洞石笋δ13C记录的全新世千年尺度气候振荡

基于重庆市金佛洞石笋J119铀系测年数据和碳同位素数据重建了全新世9.6～1.6 ka B.P.时段的古气候演化序列。分析结果显示:在早全新世的9.6～7.4 ka B.P.期间,J119δ~(13)C记录呈现出偏负趋势,表明此时段内季风逐渐加强,气候开始变暖湿;中全新世的7.4～4.2 ka B.P.期间,J119δ~(13)C值整体偏负,与全新世大暖期相对应;在4.2 ka B.P.附近δ~(13)C记录出现较大幅度的迅速偏正,并持续到约2.5 ka B.P.,随后石笋δ~(13)C值出现偏负趋势,表明在4.2 ka B.P.以后气候持续处于干冷状态直到2.5 ka B.P.才有所转暖。在全新世期间,重庆金佛洞石笋清晰地记录了7次千年尺度气候震荡事件,分别发生在大约2.7 ka B.P.、4.2 ka B.P.、5.5 ka B.P.、8.3 ka B.P.、9.4 ka B.P.附近,与大西洋染赤铁矿记录的冷事件2、3、4、5、6相对应。除此之外,J119δ~(13)C记录显示在7.0～6.7 ka B.P.、7.8～7.3 ka B.P.时段也存在千年尺度震荡,这些突变事件与董哥洞石笋氧同位素记录的弱季风事件(2.7 ka B.P.、4.4 ka B.P.、5.5 ka B.P.、6.3 ka B.P.、7.2 ka B.P.、8.3 ka B.P.)也存在一定的对应关系。因此,本文研究表明金佛山石笋δ~(13)C记录能够反映全新世千年尺度的气候事件,并可以与石笋δ~(18)O记录进行相互对比和验证。     

石笋灰度和同位素对末次冰期气候事件的响应

对石笋多指标的研究有利于全面理解季风气候事件的变化特征和机制。以湖北永兴洞YX55石笋为研究对象,通过高精度U/Th定年和多指标分析重建了65~35 ka B.P.石笋灰度和稳定同位素的变化序列。在65~40 ka B.P.时段,石笋灰度、δ¹³C与δ¹⁸O都呈现出数个千年至亚千年尺度的变化,但δ¹³C变化幅度比δ¹⁸O小得多。这说明灰度和δ¹³C这类代表局域气候的指标,都响应于δ¹⁸O指示的Heinrich（H）事件和Dansgaard-Oeschger（DO）旋回,但响应的程度各不相同。H4期间,石笋δ¹³C和灰度呈现不一致变化：δ¹³C不像在其他H事件一样小幅振荡,而是大幅正偏（相当于其他H事件2~3倍）;灰度则显示出和DO旋回一致的特征。这种δ¹³C/灰度与δ¹⁸O异常响应关系可能的机制是：H4期间季风强度急剧减弱,使得洞穴上覆土壤覆盖率大幅降低,从而削弱或阻止了土壤—岩溶系统的过滤能力,使石笋中杂质含量异常增加。     

中国大气降水δ~(18)O区域特征及其对古气候研究的意义

系统地收集和分析IAEA/WMO数据库GNIP/ISOHIS与文献报道的中国及周边大气降水和石笋的δ18O等数据,发现大气降水δ18O值和降水量效应在大尺度上均与前人研究结果相似,但在小尺度上具有显著的区域性特征:以塔里木盆地、鄂尔多斯盆地和潢川-合肥盆地等为中心的区域大气降水δ18O值明显高于其它地区,而以拉萨和川-滇-黔为中心的区域明显低于其它地区;在川-滇-黔三省交界地区和湖南中东部分别出现了强和弱降水量效应。大气降水出现δ18O较高值或降低值的主要原因可能与当地蒸发和季风等因子控制的水汽来源特征有关;而降水量效应的区域性特征可能与水汽来源结构变化密切相关。对区域上的大气降水和石笋δ18O进行比较分析表明,以单一水汽来源为主的地区,石笋δ18O值能较好地反映太阳辐射强度或季风强度;两种水汽来源强度相当的地区,石笋δ18O值反映的是两种水汽来源的综合信息;在太阳辐射强度变化对不同水汽影响差异性明确之前很难直接解析为太阳辐射或季风强度信息。     

重庆黑风洞石笋灰度记录的全新世季风气候变化

基于重庆地区黑风洞石笋HF01的~(230)Th年代数据、灰度数据、氧同位素数据和Fe含量数据,重建了长江中上游地区全新世季风变化历史。结果显示石笋HF01的灰度值主要响应东亚季风变化,石笋灰度序列能够记录东亚全新世季风气候变化历史,即全新世早中期东亚夏季风增强,在6 ka B.P.以后季风逐渐减弱。石笋HF01的灰度序列清晰地记录了一系列的Bond事件,显示石笋灰度值对气候环境变化敏感,是可靠的气候环境信息载体;也进一步证明东亚季风不仅受太阳辐射驱动,还受高纬地区千年尺度的气候变化影响。石笋HF01灰度序列功率谱所呈现的55 a周期与太平洋数10 a尺度涛动(PDO)的50~70a周期一致,45、25、23、22、18、12 a周期接近于太阳活动周期,说明在数十年至百年尺度上东亚季风可能受太平洋涛动和太阳活动的共同影响。     

太阳活动和ENSO控制南岭东部有效降水变化

在我国东南地区,器测时代之前的气候环境变化是否与ENSO活动有关还未见报道.本文在210Pb定年基础上,重建了南岭东部过去150 a(分辨率1.86 a)的石笋δ18O记录.对比器测指标,发现该石笋δ18O记录与当地有效降水变化密切相关,并以此重建了南岭东部地区过去150 a有效降水变化历史.南岭东部有效降水变化与ENSO活动密切相关,El Ni?o态对应有效降水增加和石笋δ18O变轻,La Ni?a态对应有效降水减少和石笋δ18O变重.有效降水变化长期趋势受到太阳活动控制,太阳活动减弱时南岭东部有效降水增加,反之亦然.ENSO和太阳活动变化引起的雨带位置和西北太平洋副热带高压变化主导了南岭东部有效降水的变化.本研究结果表明,石笋可能成为研究这一地区ENSO影响下年际—年代际尺度上降水变化的有力工具.     

石笋高精度高分辨率年代学和古气候研究

古气候变化突变事件的发现和对未来环境变化的预测 ,提出了取得高分辨率古环境记录的要求。本文介绍了中国洞穴石笋年代学和古气候最新研究的进展以及目前我们用MAT - 2 6 2质谱仪对洞穴石笋的TIMS铀系定年法对贵州荔波董歌洞、龙泉洞、衙门洞、贵州都匀七星洞洞穴次生碳酸盐石笋进行年代学研究的一些成果。     

洞穴滴水-CaCO_3体系氧碳同位素组成的气候意义研究现状和问题

近年来,通过对洞穴滴水-CaCO3体系各项指标的长期监测,以了解现代碳酸钙沉积的形成机制成为了石笋古气候研究的重点。尤其是对滴水-CaCO3体系氧同位素组成(δ18 O)的研究取得了显著的进展。人们在对滴水和CaCO3的δ18 O与古温度关系的研究中,不断地修改普遍使用的关系式,甚至提出了适合自身研究区石笋δ18 O与温度的关系式。无疑这将增加利用石笋氧同位素组成重建本地区古温度的可信度。在对碳同位素组成(δ13 C)的研究中,学者们更加细致地研究了各种影响滴水δ13 C值的因素(如先期碳酸盐沉积PCP、通风条件等),为更好地利用石笋δ13 C重建古气候环境提供了科学支撑。由于洞穴监测条件的限制,至今大多数洞穴都未能建立起完善的自上而下的监测体系,所以对一些δ18 O、δ13 C变化的解译仍然存在多解性和不确定性,有待未来的研究继续加强。