美国西部Owens湖地球化学记录及其古气候意义

美国加州中部Owens湖的稳定同位素、稀酸可溶相锂元素浓度及其它地球化学指标揭示本区0.155MaB.P.～62500aB.P.间的气候变化。在0.155～0.140MaB.P.,0.122～0.114MaB.P.,91000～83000aB.P.和72000～62500aB.P.期间,气候冷湿,对应于深海氧同位素(MIS)6,5d,5b和4阶段。这些期间内湖泊开放,^δ18 O和^δ13 C无协变性,Li和有机碳浓度很低。在0.140～0.122MaB.P.,0.114MaB.P.～91000aB.P.和83000～72000aB.P.期间,气候干热,对应于MIS5e,5c和5a阶段。湖泊在这些期间内封闭,^δ18 O和^δ13 C有很好的协变性,封闭湖^δ18 O的变化代表了湖水体积的变化。来自湖中自生镁硅酸盐的锂元素浓度的变化反映了盐度和温度的变化。Owens湖的记录与DevilsHole洞穴流石记录和格陵兰冰芯记录有很好的对比,进一步证实了终结期Ⅱ在海相记录中的年龄滞后。本文讨论了冰期与间冰期之间,美国西部和中国黄土地区气候模式的差异及其互动机制。     

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18 O记录与南方地区石笋记录的对比研究*

位于青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞石笋WXSM51和WXSM52提供了MIS 5(118~79kaB.P.)高分辨率的δ¹⁸ O记录。研究表明, 万象洞石笋δ¹⁸ O值与夏季风强度呈负相关关系, 与我国西南部的贵州董歌洞石笋δ¹⁸ O记录有良好的对应关系, 并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ¹⁸ O记录和65°N太阳辐射强度有很好的一致性, 说明万象洞石笋δ¹⁸ O记录了118~79kaB.P.期间亚洲季风强度的变化, 同时也说明东亚季风强度的变化和全球气候变化同步, 而且主要受控于北半球太阳辐射强度的变化。同时它与地中海碳酸盐记录有很好的相似性, 和巴西石笋δ¹⁸ O记录在千年尺度上表现出相反的变化趋势, 说明东亚季风区、地中海地区以及巴西季风区之间存在密切的联系, 指示了南北半球气候在千年尺度上存在"跷跷板"(seesaw)现象。万象洞石笋δ¹⁸ O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换, 与NGRIP冰芯δ¹⁸ O记录相似, 而与神农架记录存在差异, 说明万象洞地区对亚洲季风强度的响应更为敏感。     

桂林地区近150年来的气候变化——基于 210Pb计年的洞穴碳酸盐沉积物记录

采用 ²¹⁰Pb定年和碳、氧稳定同位素分析方法对盘龙洞内的洞穴次生碳酸盐沉积物进行了系统研究,重建桂林地区近150年来的气候变化。本文采用的次生碳酸盐沉积物是采自桂林盘龙洞中的P001石笋和P007流石,分别获得9个和12个 ²¹⁰Pb测年数据; 以及41个和46个碳、氧同位素数据。P001石笋碳、氧同位素记录年代跨度为公元 1869～2002年,  δ¹⁸O  平均值为－6.28‰, δ¹³O  平均值为－7.59‰; P007流石碳、氧同位素记录跨度为公元 1854～2004年,  δ¹⁸O  平均值为－5.27‰, δ¹³O  平均值为－6.68‰。P001石笋和P007流石碳、氧同位素记录的低频信号显示出一致的变化趋势,而且二者的 δ13C 曲线相对  δ¹⁸O  曲线一致性更强,说明它们受同样环境条件所制约,同时也说明了其 ²¹⁰Pb年代系列的建立是可靠的。盘龙洞石笋和流石的  δ¹⁸O 和  δ¹³O 记录在公元 1930～1965年都出现一个低谷,表明该时段植被生产力相对减弱,亦即降水相对减少。通过P001石笋和P007流石的碳、氧同位素记录与现代降雨记录的比较可知,在年际至10年际尺度上,氧同位素反映的为降水或者季风的强弱。由此,公元1854年到2005年的151年内,盘龙洞碳酸盐沉积物氧同位素所反映的气候变化信息为3个阶段： 1)1854年至1900年的相对较强季风期,降水量较丰, δ18O 平均值为－6.3‰; 2)1900年至1960年的较弱季风期,降水量较少, δ¹⁸O 平均值为－5.1‰; 3)1960年至2005年的较强季风期,降水量较丰富,δ¹⁸O 平均值为－6.1‰。     

新疆玛纳斯湖沉积物氧同位素记录的古气候信息探讨──与青海湖和色林错比较

内陆封闭湖泊自生碳酸盐氧同位素组成与大气降水同位素组成、空气相对湿度和地面气温这三个参数相关。我国季风带的青海湖与色林错的δ¹⁸O曲线非常相似,说明古气候变化受相同因素驱动。在10500～9500aB．P．的末次冰期向全新世的过渡期,这两个湖泊的δ¹⁸O值大幅度下降,这是夏季风雨水的低δ¹⁸O值的缘故。属于西风带的玛纳斯湖和季风带的青海湖的δ¹⁸O曲线基本上是对称的。大约9500～4000aB．P,图形由对称转变为相似,据此推论当时夏季风的影响范围可能达到新疆北部。     

贵州都匀七星洞石笋剖面晚更新世高分辨率的气候地层学

通过对贵州都匀七星洞4根石笋42件系统的TIMS²³⁰Th测年及694件稳定同位素分析,揭示的气候变化记录时限范围连续1～15万年,稳定同位素样品平均分辨率晚期达150～220a,早期达440～530a。研究表明,石笋^δ18O曲线,相当于海洋记录的终止点Ⅰ及终止点Ⅱ具有特别明显的突变,其年龄分别为11.3kaB.P.及129.3kaB.P.,应为晚更新世顶、底界线的准确年代。晚更新世与深海氧同位素记录MIS2～MIS5e相对应的气候地层单元,其界限年代也分别得到了明确的界定。相当于格陵兰冰芯记录、北大西洋沉积记录的YD事件、Heinrich气候突变事件,几个石笋记录取得了一致的准确定位及定年。其中YD事件为12.76～11.52kaB.P.;Heinrich事件的H1～H6分别为17～15kaB.P.,24.6kaB.P.,30.5kaB.P.,39.3kaB.P.,47.8～46.8kaB.P.以及60.4kaB.P.。对其与北大西洋沉积及格陵兰冰芯记录所揭示的短尺度气候突变事件的可比性,表明东亚季风气候变化,与高纬度地区的气候变化呈遥相关响应,对研究东亚季风气候驱动机制及其与全球气候变化的响应关系和对晚更新世的地层学研究,均具有特别重要的意义。     

末次间冰期东亚季风气候不稳定的神农架洞穴石笋记录

基于神农架永兴洞石笋(YX21)4个230 Th年龄和303个δ18O测试数据,建立了东亚季风末次间冰期持续时间约2 ka(127.32±1.23～124.95±1.16 ka BP)的洞穴石笋高分辨率δ18O的时间序列。该洞穴末次间冰期δ18O变化曲线表现出高频振荡特征,表明东亚季风末次间冰期降水的不稳定性,并识别出该时段4个季风冷事件,这种冷事件可能与北大西洋冰漂碎屑事件有关。谱分析结果显示百年和十年际尺度的季风降水变化响应于太阳活动周期。     

湖北神农架石笋年纹层与氧碳同位素关系

基于湖北神农架青天洞石笋U 系测年和年纹层统计结果,分别建立了末次盛冰期( 17 474± 174～ 16 105± 151 aB. P. )和全新世大暖期( 6 935. 4± 33. 8～6 137± 48 aB. P. )长达1 000余年的两个石笋年纹层生长序列。全新世大暖期年纹层平均厚度( 265μm) 约为末次盛冰期( 102μm)的2. 5倍,说明在间冰期东亚季风增强时石笋沉积速率较大,冰期时则相反。两支分辨率为4～ 8年的石笋年纹层厚度与δ13 C变化曲线对比显示: 在百年尺度上,石笋年纹层厚度与δ13 C变化曲线均呈良好的相关性(相关系数分别为- 0. 53和- 0.60) ,说明两指标可能受洞穴上覆土壤带CO2 产率这一主控因素的影响。当上覆土壤层生物活动增强, CO2 分压较高时,导致石笋δ13 C值偏负、生长速率增大。然而,在相同尺度上,两支石笋δ18O变化与对应的δ13 C及年纹层厚度之间的相关性较弱,反映研究地点上覆土壤层CO2产率对东亚夏季风强弱变化响应关系比较复杂。      

桂林地区4万年来石笋高分辨率古生态变化记录

在洞穴次生化学沉积物的形成过程中,碳同位素的演化较氧同位素更复杂,一是来源的复杂,二是分馏机制复杂。但在一定条件下,即假设岩溶动力系统是开放的,CO²供应充分,岩溶水与母岩的作用时间不长,且洞穴碳酸钙是在同位素平衡分馏条件下形成的,那么,其δ１１Ｃ值可以作为地表生态环境指标,即δ_１３Ｃ值越负,地表植被中Ｃ３植物的比例就越大,代表降水颇丰的气候条件;相反则可能代表地表植被中以Ｃ４植物为主,或为植被破坏的“石漠化”环境(由于气候的原因或人为原因所致)。通过盘龙洞１号和响水岩１号石笋的氧碳同位素记录的研究表明,石笋中的碳同位素记录与氧同位素记录有很好的一致性,当夏季风盛行、降水量较大时,石笋的δ_１３     

贵州七星洞晚更新世晚期石笋的古气候环境记录

用热电离质谱 (TIMS) -铀系法高精度地测定了贵州七星洞石笋的年龄 ,其生长年限为 43 0 2 0± 96 0～ 1 2 6 5 0± 2 90aB .P .,相当于深海氧同位素 2阶段到 3阶段后期。石笋的生长率变化反映了当时气候从暖湿多雨和印度洋季风强劲的环境 ,逐渐转化为冷干少雨、东亚冬季风强劲的环境。石笋的氧同位素变化表明 :43 0 0 0～ 2 96 0 0aB .P .相当于深海氧同位素 3阶段后期。该阶段δ18O平均值负于全阶段的平均值 ,气候暖湿多雨 ,此青藏高原夏季出现强的低气压 ,有利于印度洋季风携带孟加拉湾大量水汽进入青藏高原 ;2 96 0 0～ 1 46 0 0aB .P .相当于深海氧同位素 2阶段 ,该阶段δ18O平均值高于全阶段的平均值 ,气候冷干少雨 ,对应于末次盛冰期 ;1 46 0 0～ 1 2 6 5 0aB .P .阶段δ18O平均值略负于全阶段的平均值 ,气候向温湿趋势发展。石笋氧同位素曲线还显示了HeinrichH1 ,H2 ,H3和H4的突冷事件和Dansgaard Oeschger(D O)IS1～IS1 1的暖事件旋回 ,这表明北大西洋发生的气候突发事件 ,在低纬度的贵州地区找到了印记。大西洋环流的终止和产生 ,可以通过大气内部的动力过程 ,影响到亚洲季风控制区。对于表征全球变化的事件是否具有同时性 ,还有待我们思考和研究。     

近1500年来新疆艾比湖同位素记录的气候环境演化特征

利用介形虫壳体^δ18O,^δ13C及其沉积物有机质^δ13C同位素组成等环境代用指标,重建了西北干旱区艾比湖地区近1500年来气候环境演化特征。结果表明,气候不稳定性不但出现在时段约660～760A.D.及约1380～1500A.D.由暖干变冷湿的气候转换时期,也出现在时段约1050～1150A.D.及约1850～1940A.D.由冷湿变暖干的转换时期。尤其是由冷湿到暖干的气候转换时期,频繁而大幅度的气候变化影响湖泊水环境的稳定连续性,限制了介形虫等湖泊生物的生存,造成湖泊生态环境系统的破坏。而在百年尺度上艾比湖地区气候表现为暖干、冷湿的组合特征。约1850年开始,气候出现明显的干旱化趋势。     

闽西仙云洞石笋记录的Heinrich2事件年龄及亚旋回特征

选取福建西部仙云洞石笋（XY Ⅲ-28）,通过利用U系定年和氧碳同位素测试方法分别对9个U/Th年龄和301个氧同位素样品进行分析,从而建立了26.33~22.98 kyr B.P.期间平均分辨率为11 yr的东亚夏季风演化序列。该石笋记录最显著的特征是在24.09~23.39 kyr B.P.时段内δ18O偏正,振幅为0.7‰,对应于北大西洋显著的Heinrich2（H2）突变事件。根据主要变化过程中间点的位置可以标定H2事件的起止时间分别为24.09±0.06 kyr B.P.、23.39±0.07 kyr B.P.。XY Ⅲ-28石笋记录的H2事件内部呈现出明显的百年至十年际尺度的"两谷一峰"结构的亚旋回特征。这种百年至十年际尺度的亚旋回事件在H1事件、新仙女木事件以及小冰期等内部同样存在,表明这些千年尺度极端变冷事件内部气候也是不稳定的,可能受控于相同的驱动因素。仙云洞石笋记录与高低纬古气候记录对比发现,南北半球呈现反相位关系,即"see-saw"模式。     

河西走廊末次冰期芒硝和砂楔与古气候重建

芒硝和砂楔是冷干气候环境的典型标志。河西走廊砂楔主要形成在晚更新世冲洪积砾石层中 ,楔体内充填的风成砂14 C年龄证明其是末次冰期的产物 ,古砂楔所对应的年均气温为- 5 6℃左右。芒硝主要分布在内陆河终端的盐湖中 ,花海芒硝矿粘土夹层中的陆生树枝残条普通14 C和AMS14 C年龄分别为 (116 0 0± 2 80 )aB .P .和 (11181± 54)aB .P .,证明芒硝层为末次盛冰期 (LGM )和新仙女木期 (YD)异常冷干气候的产物。计算表明 ,该区LGM年均气温较现在低 11～ 15℃ ,YD年均气温比现代低约 6～ 8℃。这一降温幅度与中国北方根据孢粉、砂楔、冰芯等所推测的气温下降值大体一致 ,亦与最近有关北半球高、中纬度冰期降温幅度的研究相符合     

神农架三宝洞倒数第二次冰期高分辨率石笋δ13C记录

基于神农架三宝洞两支石笋24个230Th年龄以及637个δ13C测试数据,建立了倒数第二次冰期191±1.8～133±0.6kaB.P.时段洞穴石笋高分辨率δ13C的时间序列.在冰期/间冰期尺度上,δ13C值振幅达4.5％,整体变化趋势与全球冰量曲线类似.在倒数第二次冰期,石笋δ13C记录揭示出一系列较大振荡幅度的千年...     

青海湖冰后期以来古气候波动模式的研究

本文根据青海湖QH-16A近代沉积物岩芯中介形虫壳体的δ¹⁸O、δ¹³C、Mg/Ca和Sr/Ca值分析,讨论了青海湖区12,000年以来的气候特征。利用氧、碳同位素的相关性和相对温度、盐度变化曲线建立了青海湖区冰后期以来的气候波动模式,划分出5个气候期和23个气候阶。通过与布列特-谢尔南德冰后期气候方案对比,证实该气候波动模式具有世界性。     

桂林全新世石笋高分辨率δ13C记录及其古生态意义

桂林地区３个石笋分辨率达１０～１００ａ级的δ_１３Ｃ记录表明,全新世时期的古生态可以划分为森林植被由兴盛至退化(气候由暖湿至干凉)的３个旋回。早中期旋回人类活动影响较小,晚期旋回影响大,由于人类持续地对森林的破坏,草类植被得以生长,石漠化增强,石笋的δ_１３Ｃ值急速上升以后,很难再回复到全新世中期的水平。δ_１３Ｃ值大幅度跳跃式的下降,可以确定末次冰期旋回冰消期的终止点,其时限为１０ ７００ａＢ．Ｐ,与δ_１８Ｏ记录完全吻合,也可以与海洋氧同位素以及其它记录进行对比。     

神农架全新世东亚季风演化及其热带辐合带控制*

文章基于湖北神农架山宝洞3支石笋的13个²³⁰Th年龄和505个氧同位素数据,建立了全新世8.45~0.46kaB.P.东亚季风降水序列,其长期演化趋势与33°N夏季太阳辐射能量变化曲线基本一致。神农架山宝洞与阿曼Qunf洞和贵州董哥洞的石笋高分辨率δ¹⁸ O记录整体相关(r 分别为0.75和0.94), 说明全新世东亚季风、印度季风系统的演化主要受控于同一驱动机制,即北半球夏季太阳辐射控制下赤道热带辐合带逐渐南移,导致亚洲季风降水持续减弱。功率谱分析表明:5ka以来山宝洞石笋记录具有显著的550a周期旋回,与树轮Δ¹⁴ C和北大西洋温盐环流周期基本一致。     

黔南七星洞石笋古气候变化记录及末次间冰期终止点的确定

当前在全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨定年和碳、氧同位素组成的变化规律研究,为这个领域的突破和填补空白做出了巨大贡献。通过对贵州都匀七星洞 1号石笋进行 11件TIMS U系测年和 79件碳、氧同位素分析,获得了距今 10 9.0 0kaB.P.至 6 5.90kaB.P.的高分辨率古气候记录。石笋在大于 10 9.0 0kaB.P.前开始生长,于 6 5.90kaB.P.后停止生长,平均沉积速率为 4.5 8mm/ 10 0a,属晚更新世的沉积产物。七星洞 1号石笋剖面的研究揭示,其年龄和δ18O同位素的变化,可以与深海岩芯氧同位素记录所揭示的第五阶段中的 5a、5b、5c和第四阶段的早期进行对比。它的碳、氧同位素记录揭示,在 10 9.0～ 10 2.5kaB.P.和 86.6～ 78.92kaB.P.时段,显示受东亚夏季风影响较强,气温升高,降水增多,δ18O偏负,表现为温暖湿润的气候环境。在 10 2.5～ 86.6kaB.P.时段,显示受东亚夏季风影响强度减弱,受东亚冬季风影响强度增加,气温降低,大气降水减少,δ18O稍趋向偏正,表现为冷凉半湿润-温凉湿润的气候环境;而在 78.92～ 6 5.6kaB.P.时段,显示东亚冬季风强盛和受西北风影响较强,海表温度下降,大气温度降低,降水量较少,δ13O偏重,δ13 C偏正 (C4植物占 95 % ),表现为严寒     

中全新世持续近600年的湖北神农架石笋年纹层*

根据湖北神农架青天洞QT9石笋ICP-MS测年和纹层计数结果,建立了约6.7~6.1kaB.P.期间连续发育近600年石笋年纹层时间序列。年纹层厚度平均300μm,在数十年尺度上,变幅达350μm。在紫外、透射和反射3种光照条件下,年纹层呈现基本对应的季节性反差特征。年纹层厚度与原始灰度序列在数十年尺度旋回上呈现较为一致变化规律,表明暗色物质与年层生长速率共同响应于某一洞穴气候环境因子。基于中国东部不同气候期洞穴石笋年层具有的显微结构共性研究,推测这一共性是洞穴外部气候要素与洞穴内部环境耦合作用的结果。年层厚度与原始灰度两个序列的功率谱分析揭示50a,24a,9.1a以及2~7a等周期成分,其中,5.9a,4.2a和3.3a共同周期的存在,暗示中全新世存在不同频率的ENSO事件。     

石笋氧同位素指示东亚季风大尺度环流特征

利用湖北清江和尚洞的两支具有精确年代的年层石笋,建立了20世纪逐年的石笋氧同位素序列,讨论东亚季风石笋氧同位素的气候指示意义。与现代气象观测资料对比,发现近100年来和尚洞石笋 δ18O 与当地年总降水量和年均温度的相关性并不显著,但与指示东亚季风环流特征的西太平洋副热带高压指数(WPSH)以及相对应的太平洋年代际振荡指数(PDO)相关性好。在年际和年代际尺度上,当太平洋年代际振荡处于正(负)相位时,副热带高压加强(减弱),石笋的 δ18O 相对偏正(负)。因而,石笋 δ18O 反映了东亚季风大尺度环流特征。