渤海湾西岸CZ01钻孔沉积物粒度端元分析及其气候—海平面变化响应*

沧州地区位于海陆交互的渤海湾西岸,易受到海平面变化和极端气候事件的影响,对于全球气候变化的响应十分敏感。应用非参数化端元分析模型将沧州地区CZ01钻孔中更新世晚期以来的沉积物粒度划分出6个端元并分析其物源,结合已有地质记录,揭示不同时间尺度下各端元对气候—海平面变化的响应。结果表明: (1)EM1(5.01 μm)主要为远源的风尘输入,EM2(13.18 μm)和EM3(39.81 μm)为古黄河所携带的沉积物,EM4(69.18 μm)和EM5(138.04 μm)为海相沉积物,EM6(275.42 μm)可能指示古洪水等极端气候事件。(2)深海氧同位素(MIS)Ⅰ 阶段,气候温暖湿润,EM4+5含量指示渤海海平面整体呈波动上升的趋势并逐渐接近现代海平面。该阶段内由于11.5 ka BP左右的新仙女木事件以及5.1 ka BP左右冷干事件的发生,渤海海平面在稳定上升状态后出现停滞或小幅下降的现象; 而在9.5 ka BP、7.5 ka BP、5.8 ka BP和1.7 ka BP左右,东亚夏季风增强导致降水增加,渤海海平面升高。(3)MIS Ⅵ 阶段北半球气候冷干,150~132 ka BP左右因喜马拉雅运动减弱造成的区域沉降中心转移致使渤海海面升高。MIS Ⅴ 阶段气候波动剧烈: 在间冰期暖期(5a、5c和5e)气候暖湿,渤海海平面上升; 而MIS5b和5d时期渤海海面高度较低。MIS Ⅳ 阶段较MIS5a末期海平面突然下降后趋于稳定,期间出现若干次小规模海侵事件,可能与东亚夏季风频繁变化有关。MIS Ⅲ 阶段至末次冰盛期海平面大幅度下降且存在周期性升降变化,并在46 ka BP左右出现大规模海侵事件。MIS Ⅱ 阶段较MIS Ⅲ 阶段海平面出现小幅度下降,为低海平面时期; 伴随15 ka BP左右冰盛期的结束,东亚夏季风增强,海平面开始上升。渤海海平面180 ka BP以来的变化记录与北半球乃至全球范围内的地质记录存在一致性,与太阳辐射波动引起的冰川消融及东亚夏季风变化密切相关。     

川东北石笋记录的GIS4～5夏季风气候变化及与高纬气候的联系

对采自川东北仙人洞的石笋XR025进行了高精度230Th定年和高分辨率氧-碳同位素分析,重建了该地区33～ 28ka B.P.高分辨率夏季风气候变化历史.结果发现,XR025清晰地记录GIS4,GIS4.1和GIS5等温暖事件以及H3这一寒冷事件,这些事件的发生时间与格陵兰冰芯和我国其他石笋记录基本一致.但XR025记录的GIS4.1事件的强度明显比GIS4事件弱,这与格陵兰冰芯和葫芦洞石笋记录一致,但与我国其他一些石笋记录存在差异.在从H3向GIS4的转化中,XR025记录了夏季风逐渐增强的过程,这与格陵兰冰芯和我国其他石笋记录均存在明显差异,但与南极温度变化相似,可能受到了南极温度变化的影响.因此,南北半球高纬度地区温度变化可能在33～28ka B.P.对我国中部地区的夏季风气候变化产生了重要影响.     

中国黄土高原西缘甘肃万象洞MIS 5石笋δ18O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(118～79 kaB.P.)高分辨率的δ18O记录.研究表明,万象洞石笋δ18O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δ18O记录有良好的对应关系,并与高纬度的格陵兰NGRIP冰芯δ18O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δ18O记录了118～79 kaB.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δ18O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δ18O记录的MIS 5b与MIS 5a突发性转换,与NGRIP冰芯δ18O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.     

辽宁朝阳凤凰山古土壤序列粒度特征与古气候变化

通过对朝阳凤凰山剖面风成古土壤序列进行2 cm间距的高密度连续采样,测量样品的粒度百分含量,分析不同粒度组分的古气候意义,选择了粗粒组分、超细粒组分和细粒组分的百分含量分别作为研究区冬、夏季风和西风强度变化的替代性指标,分析了71~453 ka BP 间该剖面记载的冬、夏季风和西风的演化和古气候变迁。结果表明：71~453 ka BP 辽宁地区冬、夏季风和西风变化较同步,其中夏季风和西风的变化趋势较一致,明显存在着4 个增强阶段和4 个减弱阶段,与深海氧同位素曲线的MIS5~MIS12 这8 个阶段相对应。冬季风的变化趋势与夏季风和西风的变化趋势相反。该时期辽宁地区的古气候变化可以划分为8 个阶段：其中71~148 ka BP, 176~208 ka BP, 225~243 ka BP和311~403 ka BP 阶段为温暖湿润气候; 148~176ka BP, 208~225 ka BP, 243~311 ka BP 和403~423 ka BP 阶段为较寒冷干燥气候。     

内蒙古东南缘晚第四纪以来的气候环境演化

基于内蒙古东南缘西拉木伦河上游刘家店河湖相剖面的粒度、磁化率、微量元素地球化学指标,重建该区35 ka BP以来的气候演化过程。结果表明,在MIS 3晚期(35.23~25.15ka BP)研究区气候条件总体温暖湿润,并伴有区域变干的趋势;MIS 2阶段(25.15~11.13 ka BP)气候整体寒冷干燥,但叠加有短暂回暖气候事件。剖面记录的末次盛冰期(LGM)出现于22.25~18.47 ka BP,此时气候极度干冷;MIS 2阶段叠加了两个短暂气候适宜期,分别出现于18.47~16.24 ka BP和14.72~11.13 ka BP。在11.13 ka BP前后研究区进入全新世,气候变得暖湿。刘家店剖面的气候记录与周边气候记录具有可对比性,揭示了区域上东亚夏季风进退具有一致性,并认为自MIS 3晚期以来东亚夏季风受北半球太阳辐射及冰量的共同驱动。此外,刘家店剖面记录揭示的千年尺度气候变化对典型气候事件具有一定的响应,推测这些千年尺度的季风强度变化可能与北大西洋经向翻转环流(AMOC)相关。     

MIS3阶段千年尺度突变事件在中国石笋δ13C记录中的印迹

基于山西阳泉市莲花洞石笋8个230Th年代和109个δ13C数据,获取了末次冰期54.5~41.1 ka BP期间平均分辨率为120年的δ13C记录。综合对比亚洲季风区29°~41°N之间5条独立定年的、高分辨率石笋δ13C记录表明:不同洞穴石笋δ13C记录在相同生长时段具有较好的重现性,δ13C指标能够有效指示洞穴上覆地区土壤CO₂产率,从而反映洞穴外部环境与季风气候的变化。δ13C记录的5个千年尺度亚洲夏季风增强事件在定年误差范围内响应于格陵兰冰芯记录的Dansgaard-Oeschger（DO）10~14事件,而2个弱季风过程与北大西洋钻孔记录Heinrich 5和Heinrich 5a事件密切联系。这种石笋δ13C记录的空间一致性表明亚洲夏季风及其控制下的区域生态环境波动在千年尺度上通过海－气耦合响应于北高纬气候变化。      

辽宁本溪高分辨率石笋氧同位素记录的东亚夏季风“2.8 ka”事件

本研究利用辽宁本溪庙洞石笋MD12,通过230Th定年和高分辨率氧同位素分析,并集成庙洞另一支石笋MD11序列,重建了3.04~2.60 ka B.P.时期辽东地区夏季风(降水)变化历史。该石笋氧同位素序列记录了2.8 ka事件的详细过程,事件的核心阶段起止时间约为2.76~2.66 ka B.P.,中心点位于2.68 ka B.P.,稍微晚于西南石笋氧同位素记录(约2.71 ka B.P.),但是在事件的开始时间上,庙洞石笋氧同位素记录比西南石笋氧同位素记录晚了约100年。因此,庙洞石笋氧同位素记录与西南石笋氧同位素记录中显示的缓慢减弱-快速增强模式不同,2.8 ka事件在辽东石笋氧同位素记录中表现为快速减弱-突然增强的变化模式,与太阳活动代用指标一致变化,支持太阳活动是2.8 ka弱季风事件驱动因子的观点。庙洞石笋氧同位素快速响应太阳活动的变化特征,说明其动力学机制可能是太阳活动减弱导致北半球高纬度地区温度降低,然后通过大气"遥相关"作用影响东亚夏季风。     

黄土高原西部石笋记录的H2事件特征

青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞位于现代夏季风的边缘区, 对气候变化极为敏感.通过洞内一支石笋WX40D的6个高精度TIMS-U系定年数据和616个样品的氧同位素测定, 建立了28.3~23.0 ka B.P., 分辨率约为10年的亚洲季风气候变化序列. 石笋δ18O记录揭示Marine Isotope Stage 2 (MIS2)早期东亚季风气候具有10~100 a尺度高频震荡特征, 从中识别出北大西洋Heinrich 2 (H2)特强冷事件, 且记录显示该事件开始于24.6 ka B.P., 呈突发式降温之后持续跌宕式降温变化. 对比研究发现, 万象洞石笋δ18O记录H2事件与葫芦洞、天鹅洞的石笋记录有差别, 但是与湖南金滩湾洞穴石笋δ18O记录、33°N太阳辐射强度以及极地GRIP冰心记录变化趋势一致, 表明季风边缘区气候变化主要受北半球中纬度太阳辐射能背景、北大西洋冰漂碎屑带的扩张以及低纬太平洋海表温度变化等因素的控制, 同时万象洞特殊的地理位置使得区域气候更易受到与极地气候有密切联系的亚洲冬季风和西风环流变化的影响.      

贵州荔波董歌洞D3石笋碳氧稳定同位素及微量元素记录的环境变化

通过对贵州荔波董歌洞D3石笋一系列的TIMS U系法测年以及碳氧稳定同位素分析,取得了连续90.0～160.0ka气候变化高分辨率的同位素记录。表明石笋氧同位素记录和海洋同位素记录一样,也可以明显地按峰、谷划分为MIS5c,MIS5d,MIS5e及MIS6多个气候阶段,界线年龄分别为：5c／5d为110.0kaBP,5d／5e为120.0ka BP,5e／6为129.2kaBP。在由冰盛期的6阶段到间冰期的5e,δ^18O值由偏重的谷底至偏轻的峰顶的跃变,代表冰期旋回之间由冷到暖的快速转变。此外,δ^13     

中国热带雷州半岛北部地区末次冰期气候变化的特征与机制

本文通过对雷州半岛北部屋山和下录泥炭沉积剖面,以及泉水河湖相沉积剖面沉积物有机质δ13C分析,重建了我国热带北部地区48～10cal ka BP期间的气候变化历史。通过与3个剖面的烧失量(LOI)、有机质含量(OM)、腐殖化度(HD)、低频磁化率(χlf)、干密度(DD)等气候代用指标的对比分析:δ13 Corg低值指示气候较为暖湿,东亚夏季风较强;δ13 Corg高值则指示气候较为冷干,东亚夏季风较弱。研究表明我国热带北部地区在48～28cal ka BP之间气候较为暖湿。在22cal ka BP(或20cal ka BP)左右,研究区域气候发生急剧变化,其中最干冷的阶段出现在18～16cal ka BP,反映了东亚夏季风的衰弱,可能与末次盛冰期(LGM)的到来有一定关系。12cal ka BP之后该区域气候又逐渐转为暖湿。在48～10cal ka BP之间,3个剖面δ13 Corg值的若干正偏方向的扰动则表明C4植被或者偏正的C3植被的扩张,这些千年尺度的正偏扰动可能与Heinrich事件以及格陵兰冰芯和葫芦洞石笋所检测出来的千年尺度的冷干事件有关。研究还发现,3个研究剖面的δ13 Corg记录反映的我国热带北部气候变化与南半球巴西石笋记录的南美季风变化呈反位相关系,这表明我国热带地区末次冰期的气候变化主要与太阳辐射的变化,以及受太阳辐射驱动的热带辐合带(ITCZ)的迁移有关。ITCZ的迁移可能会引起哈德莱环流经向上分布的不对称,进而改变经向上的水汽传输,使得南北半球低纬度地区气候变化相反。南半球高纬度地区也可能通过"推拉"机制影响到雷州半岛北部地区的气候变化。     

早全新世季风演化的高分辨率石笋δ18O记录研究--以河南老母洞石笋为例

基于豫西老母洞LM2石笋8个高精度230Th年龄,449个氧碳同位素,建立了达十年际分辨率的8.2~10.9 ka B.P.亚洲季风变化的δ18O记录序列.老母洞石笋δ18O值最为偏负达-12.0‰,最偏正为-8.2‰,振幅达3.8‰.早全新世10.13~10.9 ka B.P.时段内,河南西部老母洞石笋和东石崖石笋,陕西九仙洞C996-2石笋δ18O曲线揭示该时段内季风稳定,而中国南方的衙门洞石笋、三宝洞石笋和极地冰芯GRIP记录揭示该时段季风逐渐增强;同时季风达到顶峰的时期也不相同,进一步说明中国南北方早全新世10.13~10.9 ka B.P.时段季风演变过程的差异,可能与中国南北方气候的响应机制有关.从早全新世平均分辨率10年的LM2石笋记录中识别出8.2 ka,9.5 ka,10.2 ka和10.9 ka显著弱季风事件,尤其是8.2 ka和9.5 ka事件.对比分析老母洞与已发表的高分辨率石笋δ18O记录发现:石笋所揭示的某些冷事件发生时间在亚洲季风区存在差异,主要表现在事件内部变化特征及趋势上.LM2石笋δ18O曲线并没有明显记录9.3 ka弱季风事件,而是在9.3~9.6 ka B.P.左右记录了一个弱季风事件,与DSY09(2009)、Y1、HS-4记录相似,表明在该时段内存在季风的减弱事件,但是氧同位素传输的复杂性,使其在南北方表现不同.此外,在LM2石笋δ18O的8.2 ka B.P.开始时段,氧同位素曲线阶段性下降,且变幅达3‰,与Zhang等研究万象洞石笋提出的“中国8 200阶段”吻合,表明中国北方地区的8.2 ka事件是阶段性的事件,而南方的石笋氧同位素记录揭示的8.2 ka事件并未表现出阶段性特征,其原因有待于更多北方高精度石笋记录来进一步研究.LM2石笋氧同位素记录进行功率谱分析发现:在短尺度上季风变化与太阳活动密切相关,这与近年来对早全新世极端气候变化研究的驱动机制是一致的,早全新世亚洲季风的演化与太阳活动变化引起的太阳辐射能量的变化和北半球高纬气候的变化状况有关.     

中晚全新世湘西莲花洞石笋旋回沉积速率变化及其古气候意义

石笋旋回沉积速率是按照石笋沉积旋回测年得到的沉积速率,是石笋沉积过程的重要参数和反演古气候变化的有效代用指标。旋回沉积速率的波动可能反应了地表温度和降雨量的变化,与夏季风强度存在关联。文章以湖南湘西莲花洞LH2石笋为材料,利用42个230Th年龄获得的石笋旋回沉积速率序列重建了8.6 ka BP以来湖南湘西地区温度和降雨雨量的变化历史: 8.6-4.2 ka BP期间,气候以高温多雨为特征,夏季风强,石笋生长率高,但气候并不稳定,存在一系列千年-百年尺度的波动;4.2-0.05 ka BP期间,气候整体偏冷干,旋回沉积速率偏低。总体上,在轨道尺度上,LH2石笋的旋回沉积速率与该石笋的δ18O值之间存在负相关关系。旋回沉积速率的重复性检验证明了旋回沉积速率古气候记录的有效性。石笋旋回沉积速率变化主要受北半球夏季太阳辐射量的控制和ITCZ的直接影响,在百年尺度上,旋回沉积速率的波动可能与中晚全新世的弱季风事件存在关联。      

桂林地区水南洞14～25万年石笋的碳氧同位素记录和古气候重建

通过对桂林水南洞石笋进行高精度的热电离质谱(TIMS－U)测年和碳氧同位素分析,建立了桂林地区245.20 ka BP至147.90 ka BP间的古气候变化时间序列,确定了石笋记录的时段B与时段C分界的年龄为242.5±6.4 ka BP(相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段7与时段8分界的年龄)、时段A与时段B分界的年龄为 192.6±3.9 ka BP(相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段6与时段7分界的年龄)。桂林地区245.20～147.90 ka BP石笋记录的冷暖事件所反映出的古气候变化,大致可分为3个气候变化阶段:(1) 245.2～242.6 ka BP, 相当于深海岩芯氧同位素标准曲线阶段8的末期;(2) 242.5～192.6 ka BP,相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段7;(3)192.6～147.9 ka BP间的倒数第2次冰期, 相当于深海岩芯氧同位素标准曲线时段6的早中期。石笋的TIMS－U测年和碳氧同位素记录揭示,桂林地区245.2～147.9 ka BP的古气候演变历史与深海岩芯时段8末期、时段7和时段6的氧同位素,深海岩芯中记录的孢子花粉组合、CaCO3含量、海平面的升降变化以及与中国北方黄土、古土壤中记录的孢子花粉组合、成壤程度、全铁富集程度、磁化率变化、原生碎屑CaCO3含量和淋溶强度等所揭示的古气候和古季风变化具有极好的对应关系,表明桂林地区中更新世晚期以来的古气候演变既有全球性特征,又有着强烈的区域性特征。     

石笋P/Ca重建宜昌地区9 000年以来的陆地生产力

陆地生产力在全球变化,尤其是全球碳循环研究领域中,具有重要的地位。本文通过分析湖北清江和尚洞HS4石笋中P和Ca的地球化学组成,考察P/Ca对陆地生物生产力的响应。结果发现,最近50年沉积的石笋P/Ca比值与Thornthwaite Memorial生产力模型计算的区域陆地生产力具有显著的相关性,可以作为陆地古生产力的指标。以石笋P/Ca 重建的宜昌地区陆地古生产力在过去9 000年呈现波动变化的特征:8.9～6.5ka BP,陆地生产力较低;6.5～5.0ka BP,陆地生产力显著升高,并在6.4～5.6ka BP期间达到9.0ka来的最高值;5.0～4.0ka BP,处于低生产力期;4.0～1.5ka BP,生产力逐渐回升;1.5ka BP以来,生产力再次处于低值期。陆地生产力的波动明显受到全球和区域气候的制约。      

神农架天鹅洞石笋76～58 kaB.P.时段DO事件

据神农架高海拔天鹅洞一支石笋9个230Th年龄和332组氧、碳同位素数据,建立了76～58 kaB.P. Dansgaard Oeschger (DO)事件时间序列,揭示了深海氧同位素4阶段(MIS4)东亚季风降水百年尺度变化过程。天鹅洞和葫芦洞石笋、格陵兰NGRIP冰芯δ18O对比显示,天鹅洞记录DO18事件暖湿程度相当于深海氧同位素3阶段(MIS3)水平,其振幅类似于格陵兰冰芯δ18O记录。起始时间上,天鹅洞记录DO18事件在710年230Th测年误差范围内和葫芦洞记录保持一致,并支持了NGRIP冰芯记录对应时标。在全球降温背景下,如此典型DO事件指示了强季风降水过程。70 kaB.P.左右,冰芯DO19事件至少老于石笋记录约950年,远大于700年左右的230Th测年误差,对老于该时段的冰芯时标需高分辨率地质记录进一步验证。69.09～64.64 kaB.P.（ DO19ˊ~18）期间,冰芯记录的百年尺度峰谷变化和天鹅洞石笋记录一一对应,反映了低纬热带海洋和北大西洋温盐环流之间耦合作用。     

Heinrich event 4 and Dansgaard/Oeschger events 5–10 recorded by high-resolution speleothem oxygen isotope data from central China

A 50-yr resolution reconstruction of climate and environment variability during the period 43–14 ka was developed using 26 high-precision U/Th dates and 390 oxygen isotope (δ¹⁸O) data of a stalagmite (SJ1) collected from Songjia Cave in central China, which is close to the northwestern boundary of the Asian summer monsoon (ASM). The δ¹⁸O record in SJ1 displays significant millennial-scale changes that correlate well in timing and duration with Dansgaard/Oeschger (D/O) events 5–10 and Heinrich event 4 (H4) identified in high-latitude regions of the Northern Hemisphere. Four ²³⁰Th dates constrain the H4 event precisely to the period of 39.7 to 38.3 ka. Notable centennial variations of the ASM activity could be observed within the H4 event. The magnitude and duration of D/O event 4.1 recorded in SJ1 are similar to those archived in east China but different from those documented in southwest China, suggesting that the manifestation of this event may be regionally different. The timing, duration and structure of D/O events 5–10 and Heinrich event 4 suggest that temperature changes in both hemispheres have exerted significant influences on the ASM variations in central China.     

Millennial-scale climate variability during the Last Interglacial recorded in a speleothem from south-western France

A stalagmite (BDinf) recovered from an archaeological cave (Bourgeois–Delaunay, La Chaise de Vouthon) in SW France provides a rare, high-resolution, precisely dated continental palaeoclimate record covering the warmest part of the Last Interglacial (128 ± 1–121 ± 1 ka). The growth interval spans the pluvial period recorded in Soreq and Peqiin Cave speleothems (during sapropel event S5), suggesting that the eastern Mediterranean and western Europe experienced relatively wet conditions simultaneously during this part of the Last Interglacial. Stable oxygen and carbon isotope ratios from BDinf show prominent millennial-scale variations, which are interpreted respectively in terms of changes in the amount of rainfall reaching the cave and soil biological activity. The timing of the oxygen isotope changes agrees with similar excursions recorded in speleothems from Corchia Cave (Italy), where close coupling between rainfall amount and regional sea surface temperatures has been demonstrated. Three “warmer–wetter” periods are interspersed with four “cooler–drier” periods. The first “warmer–wetter” period is the most prominent, as is the case at Corchia, and coincides with the SST optimum off western Europe. This is followed by a prominent “cooler–drier” excursion (centred on ～126 ka), which can be linked to a period of increased loess deposition recorded in annually laminated lake sediments from Eifel, Germany. Although there is already ample evidence for Last Interglacial climate instability, we show for the first time that specific climatic events occurred more or less synchronously between southwestern Europe, central Mediterranean (Italy) and northern Europe (Germany).     

Decoupling of the East Asian summer monsoon and Indian summer monsoon between 20 and 17 ka

Marine Oxygen Isotope Stage (MIS) 2, with its profound environmental and climatic changes from before the last glacial maximum (LGM) to the last deglaciation, is an ideal period for understanding the evolution of the East Asian summer monsoon (EASM) and Indian summer monsoon (ISM), two Asian monsoon sub-systems. With 875 stable oxygen isotope ratios and 43 ²³⁰Th dates from stalagmites in Sanxing Cave, southwestern China, we construct and interpret a new, replicated, Asian summer monsoon (ASM) record covering 30.9–9.7 ka with decadal resolution. δ¹⁸O records from this site and other reported Chinese caves display similar long-term orbitally dominated trends and synchronous millennial-scale strong and weak monsoonal events associated with climate changes in high northern latitudes. Interestingly, Sanxing δ¹⁸O and Arabian Sea records show a weakening ISM from 22 to 17 ka, while the Hulu and Qingtian records from East and Central China express a 3-ka intensifying EASM from 20 to 17 ka. This decoupling between EASM and ISM may be due to different sensitivities of the two ASM sub-systems in response to internal feedback mechanisms associated with the complex geographical or land-ocean configurations.