青藏高原东部RM孔140ka以来湖泊碳酸盐同位素记录的古气候特征

通过若尔盖盆地RM孔湖泊化学沉积碳酸盐氧、碳同位素代用指标,重建了该区近140ka以来的古气候演化历史,其中末次冰期气候至少存在有7次暖波动及5次冷事件,其波动特征可与冰芯及深海记录相比较;而末次间冰期内部的次级波动与格陵兰冰芯GRIP氧同位素记录相一致,早期的Eemian暖期也存在两次冷波动.研究结果揭示了末次间冰期和冰期气候的不稳定性.色素和碳酸盐含量指标也具有与氧同位素记录相似的结果.     

末次冰期南京石笋高分辨率气候记录与GRIP冰芯对比

对采自南京汤山洞穴一支长400余mm的石笋进行了高精度TIMS-U系定年和氧碳同位素测试,建立了末次冰期中晚期(54000～19000aBP)中国东部高分辨率的古气候变化时间序列.从石笋氧同位素变化曲线中,不仅检出东亚夏季风降水史中的Heinrich事件,而且首次发现了末次冰期东亚夏季风活动区气候变化同样存在着Dansgaard-Oeschger旋回,与极地GRIP冰芯记录有良好的对比关系.但明显的差别主要有(1)中国东部气候变化的干冷化趋势十分明显,由石笋氧同位素曲线构成的连续4个Bond旋回,迭覆在末次冰期长期变冷的气候背景上,可能与青藏高原MIS3阶段特强夏季风事件有关;(2)石笋气候曲线反映的干冷事件与GRIP冰芯中的对应事件存在1000～2000a的相位差,似有必要考虑不同测年方法相互校正问题.     

晚冰期以来青海湖沉积物多指标高分辨率的古气候演化

通过青海湖沉积物孢粉、碳酸盐、有机C, N和有机δ¹³C等多项指标的综合分析, 建立了青海湖晚冰期以来的高分辨率古气候演化序列. 结果表明, 18.2 cal. ka BP左右为末次冰期盛冰阶进入晚冰期的界限, 自15.4 cal. ka BP起气候开始向暖湿化发展, 7.4 cal. ka BP时达到了暖湿组合的鼎盛期, 4.5 cal. ka BP以后气候又逐步转入冷干. 晚冰期向全新世转换期间气候的冷暖干湿波动十分频繁, 其特征与北大西洋深海沉积、格陵兰冰芯、欧洲地区湖泊沉积以及中国黄土、古里雅冰芯等记录的古气候具有一定的可对比性. 青海湖地区晚冰期以来的古气候演化特征揭示了万年尺度上东亚季风的源驱动力同太阳辐射有关.     

青藏高原东南部沙鲁里山南端第四纪冰川作用的10Be年代学研究

通常认为青藏高原第四纪发生过4次冰期. 然而, 对于4次冰期的年代学研究显得相对比较薄弱. 位于青藏高原东南边缘的沙鲁里山, 是青藏高原地区第四纪冰川遗迹保存比较好的地区. 利用陆生宇生同位素10Be对该区的羊背石、冰碛垄和冰蚀面进行了暴露年代学的分析. 结果表明, 兔儿山的羊背石的暴露年代为15 ka, 为末次冰期盛期冰川作用的结果, 对应于深海氧同位素2阶段; 老林口道班附近的冰蚀面的暴露年代为130~160 ka, 为深海氧同位素6阶段冰川作用的产物; 库昭日最老一期的终碛垄可能形成于421~766 kaBP, 相当于深海氧同位素12~18阶段. 根据深海氧同位素、极地冰芯以及黄土序列所反映出的12, 14, 16和18阶段的气候特征推断, 这道终碛垄很可能形成于12阶段或者16阶段. 更有可能形成于16阶段.     

东亚季风95～56 ka BP期间D/O事件年代的精确测定:以中国神农架山宝洞石笋为例

据中国湖北神农架山宝洞内两根石笋的 23个U/Th年龄和532δ18O测试数据,建立了末次冰期95～56 ka BP时段平均分辨率为80 a的石δ18O时间序列.该记录可与南京葫芦洞δ18O记录作良好拼接,从而完整地揭示95 ka BP以来东亚夏季风环流千年尺度气候变化特征,其变化趋势与65°N太阳辐射曲线类似.与格陵兰冰芯δ18O记录的Dansgaard/Oeschger (D/O)1-22事件对比表明,东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应.石笋记录对D/O 事件的精确标定有可能进一步校正格陵兰冰芯时标.研究时段石笋记录的D/O事件与格陵兰North GRIP和GISP2冰芯时标存在不同程度的差别,其中D/O19-20两个事件的年龄偏差远超出铀系定年误差(±0.6ka).D/O19-20晚于North GRIP时标1～2 ka,而早于GISP2时标3～4 ka.与南半球巴西石笋δ18O记录对比表明,南北半球降水的D/O事件存在反相位关系,支持千年尺度海-气耦合的跷跷板("See-saw")模式.     

新仙女木及全新世早中期气候突变事件: 贵州茂兰石笋氧同位素记录

在贵州荔波董歌洞D4石笋上部45~193.6 cm处, 通过系统的TIMS-U系测年及碳、氧稳定同位素分析, 取得了平均分辨率达90a的同位素记录, 其时限范围为3.9~15.7 kaBP. 研究表明, 末次冰期最后一次冷事件——YD(新仙女木)事件, 在D4记录得到明显的揭示, 其开始的时间为12.80 kaBP, 结束于11.58 kaBP, 降温幅度较大. 末次冰期的结束相当于海洋同位素记录的终止点Ⅰ, 其时限为11.3 kaBP. 早、中全新世最明显的3次冷事件分别发生于10.91, 8.27以及4.75 kaBP, 降温幅度可达2~5℃. 石笋δ¹⁸O记录的这些千年百年尺度气候突变事件, 在发生的时间及其延续年代范围上, 都可以与格陵兰GISP2冰芯进行对比. 8.27及4.75 kaBP冷事件, 也可以和爱尔兰CC3石笋记录进行对比, 说明中国季风区与西欧以及极地的短尺度气候变化可能源于同样的驱动因子, 它们可能具有全球意义. 另外, 一些时间段记录曲线的走向表现出明显的不同, 则可能是反映季风气候区与极地环境的差异所致.     

古里雅冰芯中末次间冰期以来气候变化记录研究

通过对古里雅309m冰芯上部268m的研究,重建了末次间冰期以来的气候环境变化.根据对古里雅冰芯 δ~(18)O的研究,可以清楚地划分出阶段1(冰后期)、2(末次冰期冰盛期)、3(末次冰期间冰阶)、4(末次冰期早冰阶)和5(末次间冰期).阶段5又可分出a,b,c,d,e 5个亚阶段.古里雅冰芯δ~(18)O记录明确地显示了青藏高原温度变化和太阳辐射的密切关系.研究表明,太阳辐射是驱动青藏高原气候变化的主要因子.古里雅冰芯记录与北极格陵兰冰芯和南极Vostok冰芯的对比研究表明,这些相距遥远、不同地区冰芯所记录的大的冷暖事件变化是一致的.但不同地区气候变化幅度是不一致的.青藏高原地区变化幅度大于北极地区和南极地区.     

重庆新崖洞XY2石笋δ18O记录的57~70 ka BP古气候变化及其对D-O和H事件的反映

重庆新崖洞XY2石笋57~70 ka BP之间的高分辨率δ¹⁸O记录在相当于冰芯记录中的D-O 18暖事件时期, 复现了冰芯记录中的“缓慢变冷, 快速变暖”的气候转换特征. δ¹⁸O在59和64 ka BP分别有极小值, 反映气候相对暖湿, 夏季风较强; 而在60 ka BP有极大值, 夏季风较弱. 它们分别对应于北半球高纬度记录中的Dansgaard-Oeschger(D-O)17至18暖事件以及Heinrich 6(H6)冷事件. 这与葫芦洞(Hulu)MSL石笋的记录相当一致, 但是两者与董歌洞(Dongge)D4石笋的记录差异较大. 这说明石笋δ¹⁸O记录在反映夏季风变化时, 空间上既有相似之处, 又有明显差别. 要取得中国东部夏季风变化的整个格局, 多地点多记录的研究工作是十分必要的. 此外与深海氧同位素记录不同的是, 高分辨率石笋δ¹⁸O记录均显示在MOIS4的最冷时期(64~65 ka BP)中国东部地区的气候对应于D-O18暖事件, 说明海陆相的气候变化是有差异的.     

第四纪冰期旋回转型在南沙深海的记录

对南沙海区水深2772 m的ODP1143井上部105.08 m岩芯进行高分辨率氧同位素分析, 取得MIS 1～86期即2.25 Ma以来的历史, 时间分辨率约2 ka, 为迄今所知的最好记录之一. 氧同位素曲线详细展示了更新世的冰期旋回, 由早期的40 ka周期为主, 向晚期100 ka周期为主的"转型", 证明两者之间有一个长达近300 ka的过渡期, "中更新世革命"并非一次简单的突变. 而且在100 ka的冰期旋回中, 低纬区热带表层水的变化在先, 高纬区冰盖的反应在后. 对比表明, 北半球冰盖增大、冰期延长的原因不在冰盖本身, 而在北半球高纬区之外.     

黄土碳酸盐中古气候变化的同位素记录

分析了采自西峰、洛川和渭南黄土剖面的钙结核和全岩样品中碳酸盐的碳氧同位素组分,发现黄土中钙结核的碳氧同位素可以成为有效的古气候变化的指标,记录了它们形成时期的环境状况,对不同地点的同位素数据对比有可能提供过去环境变化的空间格局。全岩样品的碳酸盐的同位素组分也记录了有用的环境信息,过去150ka渭南剖面的碳氧同位素曲线很好地反映了不同地层单位代表的古气候波动,这些曲线可以和黄土中其他的气候指标及深海沉积物的同位素记录相对比。     

东亚季风95~56 ka BP期间D/O事件年代的精确

据中国湖北神农架山宝洞内两根石笋的 23个U/Th年龄和532个δ ¹⁸O测试数据, 建立了末次冰期95~56 ka BP时段平均分辨率为80 a的石笋δ ¹⁸时间序列. 该记录可与南京葫芦洞δ ¹⁸O记录作良好拼接, 从而完整地揭示95 ka BP以来东亚夏季风环流千年尺度气候变化特征, 其变化趋势与65°N太阳辐射曲线类似. 与格陵兰冰芯δ ¹⁸O记录的Dansgaard/Oeschger (D/O)1-22事件对比表明, 东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应. 石笋记录对D/O 事件的精确标定有可能进一步校正格陵兰冰芯时标. 研究时段石笋记录的D/O事件与格陵兰North GRIP和GISP2冰芯时标存在不同程度的差别, 其中D/O19-20两个事件的年龄偏差远超出铀系定年误差(±0.6ka). D/O19-20晚于North GRIP时标1~2 ka, 而早于GISP2时标3~4 ka. 与南半球巴西石笋δ ¹⁸O记录对比表明, 南北半球降水的D/O事件存在反相位关系, 支持千年尺度海-气耦合的跷跷板(“See-saw”)模式.     

中国南海北部陆架区更新世晚期沉积物年代学及古环境研究 ——以DG钻孔为例

大陆架作为海陆相互作用的关键地区,对于研究大陆的构造演化、海陆变迁、海平面升降以及气候变化具有重要意义.然而由于不同研究方法的局限性,目前对大陆架沉积物年代学及其蕴含地质信息的认识仍然不足.南海是西太平洋最大的边缘海,是全球海洋沉积作用最为活跃的地区之一,也是海陆相互作用最为典型的区域.作为东亚大陆物质的主要沉积区,南海已经受到了学术界越来越多的关注.然而,目前的研究工作主要集中于沉积连续、信号记录稳定但沉积速率较慢、总体分辨率较低的深海区沉积物.相对而言,沉积速率较快、分辨率较高的浅海大陆架沉积为高分辨率年代学和古环境的研究提供了重要的地质材料,但由于大陆架沉积环境动荡导致沉积信号记录不稳定甚至缺失.针对南海大陆架沉积,尤其是对钻孔沉积物高分辨率年代学研究仍相对较少,限制了对南海构造与气候演化过程的认识.为了更好地限定南海北部陆架区更新世晚期沉积物的年代,研究其中蕴含的古环境信息,探讨东亚地区气候变化的驱动机制问题,同时为南海海域活动构造研究提供年代学框架,文中以南海北部DG钻孔为研究对象,在微体古生物化石和碳同位素年龄(14C)数据的基础上,利用大陆架沉积物磁化率与深海氧同位素的对比对其沉积物年代学进行了系统研究.基于此,结合色度和孢粉结果,对其古气候意义进行了初步探讨.结果表明,该钻孔沉积物的磁化率可对应于深海氧同位素的阶段1—阶段9(MIS 1—MIS 9),底部年龄约为300ka,磁化率低值区间对应于冰期,高值区间对应于间冰期.这与该钻孔沉积物中的孢粉和色度所记录的古环境信息相吻合.冰期时气候较为寒冷,水体变浅,沉积物搬运距离相对增大,矿物以氧化作用为主,主要形成弱磁性的磁性矿物(如赤铁矿),导致磁化率较低;间冰期时,气候相对暖湿,水体变深,沉积物搬运距离相对缩短,矿物以还原作用为主,主要形成强磁性的磁性矿物(如磁铁矿等),导致沉积物的磁化率显著增强.因此,南海大陆架北部更新世晚期沉积物的磁化率变化可以反映东亚地区更新世晚期以来冰期—间冰期气候旋回.磁化率与深海氧同位素的对比作为一种晚第四纪松散沉积物的相对定年方法,在南海北部陆架区更新世晚期沉积物定年方面是适用且可靠的,可为海洋大陆架沉积物定年和对比研究提供新的参考.     

从会宁末次间冰期土壤看北大西洋气候不稳定性

会宁李家塬与新庄塬高分辨率黄土剖面的粒度分析表明,末次间冰期氧同位素阶段5e时期,黄土高原地区处于较为稳定的气候环境．该结果与格陵兰冰芯GRIP记录的气候变化过程不同     

末次间冰期以来我国东部沙区的古季风变迁

根据130ka BP以来东部沙区的地质记录,将本区古季风划分为末次间冰期(130～70kaBP)夏季风为主时期、末次冰期(70～10kaBP)冬季风为主时期和冰后期(10kaBP至今)夏季风为主的不稳定时期3个演化时期,以及末次间冰期(120ka BP和100～95kaBP)冬季风增强期、末次冰期(59～21kaBP)夏季风增强期、冰后期早全新世(10～7.5kaBP)夏季风增强期、中全新世(7.5～4kaBP)夏季风鼎盛期和晚全新世(4kaBP至今)夏季风衰弱期等若干阶段。冬、夏季风的转换以突变为主。夏季风北界位置从末次间冰期的马鬃山-乌兰巴托退至末次冰期的黄土高原砂黄土带北界附近,复又进到全新世最佳期的山丹-雅布赖山一带,最后退到现代阴山北麓-呼伦贝尔一线,反映东亚季风环流的夏季风呈现波动减弱的趋势。影响季风变迁的因素复杂,特别是全新世期间的短周期波动应加强研究。     

倒数第三次冰消期亚洲季风气候可能的类Younger Dryas事件

对湖北省神农架两个高海拔洞穴(天鹅洞: 海拔1600 m; 永兴洞: 海拔1400 m)石笋实测了7个U-Th年龄、560个氧同位素以及年纹层厚度变化序列. 天鹅洞石笋十年际分辨率δ ¹⁸O曲线十分类似于江苏南京和贵州荔波石笋记录的波令暖期和新仙女木事件基本特征, 表明本区石笋δ ¹⁸O反映了区域性亚洲季风经向环流及其降水变化特征. 相距天鹅洞约70 km的永兴洞石笋高分辨率(平均30 a左右) δ ¹⁸O时间序列揭示了倒数第三次冰消期亚洲季风突变过程. 基于3个U-Th年龄和连续5000 a左右生长纹层计数结果, 在245±5 kaBP左右冰消期识别出一个千年级冷事件. 这一事件持续时间为1371±59 a, 并在74±4 a内快速向间冰期(MIS7e)突变, δ ¹⁸O的变幅达2.30‰, 相当于冰期/间冰期振幅的1/2强. 这些事件特征类似于亚洲季风区石笋δ ¹⁸O记录的新仙女木事件, 说明新仙女木事件不是末次冰消期的一次偶然事件, 很可能是第四纪冰盖、大尺度海洋/大气环流耦合作用的产物.     

近千年气候格局的环流背景:ENSO态的不确定性分析与再重建

全球增温在最近10余年是否停滞这个问题,引起了包括IPCC的广大气候研究科学共同体的关注.一些作者将停滞归因于气候系统内部变动即海气环流的重组,由此对近千年气候变化的环流背景重建提出了更高要求.然而,综观对近千年海洋-大气环流变化的分析及其与区域气候格局关系的结论,各家众说纷纭,以致矛盾重重,给区域乃至全球气候变化认识带来很大的不确定性.另一方面,近10年来高精度U-Th定年的石笋氧同位素比值(δ~(18)O)序列为中晚更新世古气候研究提供了较为精确的年代框架,其间中国作者无一例外将中国石笋δ~(18)O作夏季风指标解释,这种解释反映在气候学家的应用和模型中就成了降水要素.但事实是,所有这些记录在低频趋势变化上具有很大的共同性,而多数序列不能被器测降水记录所校准,这样就更增加了中国区域乃至全球气候研究架构的不确定性.因此,尽早厘清矛盾的由来,并降低研究中的不确定性,是当今气候科学必须做的一件事情.本文在分析证明中国季风区石笋δ~(18)O意义的基础上,尝试提出一个新的环流代用指标:集成中国石笋δ~(18)O序列重建近千年热带太平洋纬向海温梯度即大尺度ENSO态,进而推测现代与中世纪虽然同为暖期,却出现了不同的环流重组,这个推论可以得到更长的末次盛冰期以来记录的支持.换言之,中国石笋δ~(18)O低频趋势大区域一致的归因分析表明,ENSO态从不同时间尺度(从年际到百年以至更长尺度)控制了中国季风区气候变化,而其中重要的环流桥梁是西太副高,即西太副高本身除了年际、年代际变化以外,还具有更长时间尺度的环流模态.比如,我们可以讨论西太副高在整个全新世即半个岁差的变化.这些讨论也许不仅仅对于古气候,而且对于现代气候研究也不无意义.     

南沙ODP1143站有孔虫同位素变化对地球轨道驱动的响应

1143站5 Ma有孔虫稳定氧、碳同位素记录揭示了南海南部上新世至更新世气候变化在斜率和岁差周期上对地球轨道驱动的线性响应. 赤道太平洋地区频繁爆发的厄尔尼诺现象可能与氧、碳同位素相对于地球轨道驱动呈相反相位相关. 北极冰盖在3.3 Ma的扩张可能影响了气候变化100 ka周期的发展, 它的进一步扩张可能导致该周期成为晚更新世冰期旋回的主要周期. “中更新世转型”事件对南沙海区同位素变化的影响具有局限性. 1143站有孔虫的碳同位素在长偏心率周期上与地球轨道驱动高度相关, 且在短偏心率周期上领先于氧同位素的变化, 这进一步突显了碳循环在全球气候变化中的重要地位.     

过去640ka亚洲季风变化的多尺度分析

高分辨率、高精度定年的石笋δ~(18)O记录现已扩展到640ka,这为研究亚洲季风多尺度特征与驱动机制提供了新的契机.基于经验模态分解法(EMD),文章分析了该序列的轨道和千年尺度的特征、贡献及其控制因素.在轨道尺度上,四个主要周期(11.6、23.3、42.4和95.5ka)对石笋δ~(18)O记录的贡献率为76.3%,其中岁差和半岁差周期的贡献率分别为31.1%和30.7%.交叉谱分析显示,显著的半岁差周期信号与南北半球30°太阳辐射极大值变化(BHI)的半岁差周期基本吻合,由此认为低纬降雨和温度变率对半球间低纬太阳辐射放大响应,进而影响亚洲季风的强度变化.在千年尺度上,分别有5ka和1～2ka的显著周期,大致对应于经典的Bond和Dansgaard-Oeschger旋回.海洋沉积和石笋记录交叉谱分析显示,二者在千年尺度上的变化呈现出强烈的相关性,特别是5ka周期稳定贯穿两个记录始终且信号明显,说明5ka周期是中晚更新世以来冰期-间冰期旋回的特征周期,可能是全球冰盖和太阳辐射共同作用的结果.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

浅议中国黄土磁化率的物理意义

中国的陆相黄土地层连续地记录了第四纪以来的古气候变化。基于中国黄土磁化率曲线与深海氧同位素记录具有可比性这一事实，磁化率作为一种气候替代性指标在黄土研究中得到广泛的应用。但是，磁化率的物理意义仍不清楚。本文作者对陕西榆林蔡家沟剖面末次间冰期以来的风成沉积作了研究，指出黄土、古土壤的磁化率差异不仅与前人提出的碳酸盐淋失、空隙度变化、“就地”新生成磁性矿物等作用有关，而且还可能与有机质有重要关系。有机