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     

桂林响水洞600kaBP以来石笋高分辨率的气候记录

通过对桂林响水洞的石笋进行高精度的TIMS—U系测年和C、O同位素分析，建立了中全新世6．00ka B P以来桂林地区高分辨率的古气候变化时间序列。石笋剖面的C、O同位素记录揭示，桂林地区中全新世(6．00ka B P)以来的季风气候变化，大致可分为2个气候期：6．00～3．57ka B P为气候适宜期，显示东亚夏季风由强盛逐渐变为减弱的趋势，为气候温暖湿润期；3．57～0．37ka B P为降温期，显示东亚夏季风减弱，冬季风增强以及气候的大幅度波动。在这一降温期，间夹多次短暂的温暖期。石笋同位素记录的研究结果表明，在6．00～0．37ka B P间的中全新世——气候适宜期，δ^18O值由偏负逐渐向偏正的变化趋势，反映东亚夏季风由强变弱，降雨由多变少，气温由高变低的变化趋势。     

黔南洞穴石笋古气候变化记录及终止点Ⅱ的确定

通过对黔南地区三个大型石笋进行TIMS-U系测年和碳、氧稳定同位素分析, 获得了163~113.8 ka高分辨率的古气候记录. 石笋氧同位素的记录曲线揭示, 在万、千年尺度上, 研究区冰期的降温和间冰期回暖的波动特征, 可与冰芯、湖泊、黄土、深海岩芯记录相比较, 其记录的气候波动与全球具有一致性, 显示与北极地区存在着古气候的遥相关. 研究表明, 石笋记录所反映出的古季风环流变化的直接动力可能来自全球冰量变化, 即主要受北半球日照辐射强度、北大西洋冰漂碎屑带的扩张以及低纬度太平洋海表面温度变化等因素的影响. 根据d18O值进行了温度计算, 获得了研究区冰期(相当于深海同位素6阶段的中后期, 平均为8.1℃, 最低为－1.43~0.65℃)与间冰期(相当于深海同位素5E段, 平均为18.24℃)之间的年均温差达10℃左右(与冰芯记录的温度变化幅度大约为10℃, 大体相一致), 显示东亚夏季风与冬季风环流强度具有显著的差异. 通过对3个石笋的精确测年, 确定倒数第2次冰期的终止点Ⅱ的年龄为129.28±1.1 ka, 这一界线的年龄代表了末次间冰期开始的年代, 即是中更新世与晚更新世的分界年龄, 与冰芯和深海SPECMAP氧同位素曲线上末次间冰期的起始年龄相一致.     

甚年轻石笋的TIMS-230Th定年及其年层确定

自石笋微层古环境记录在我国于 １９９７年第一次报道以来,这一工作在国内迅速得到响应。但由于微层计时特性甚难确定,影响了这一工作的深入开展。研究表明,中国全新世石笋微层可大致分为南方型和北方型。１９９９年,谭明于中国云南宜良九乡溶洞风景区蝙蝠洞内采到一个接纳滴水正在生长的石笋(编号ＪＢＦ９９０１),高 １１０ｍｍ,顶部直径约 ４０ｍｍ,最大直径约 ７０ｍｍ。组成矿物主要为粉晶文石,白色微透明。石笋具有典型的中国南方型微生长层,即较厚的弱透光层与较薄的透光层互层旋回。同年,谭明又获得一个在１９９６年采于北京石花洞的正在生长石笋(编号ＬＳ９６０２),高１５５ｍｍ,最大直径８０ｍｍ,最小直径５０ｍｍ。     

云南呈贡龙潭山 1 号洞堆积物的铀系年龄

测定了人类化石地点云南呈贡龙潭山1号洞5个次生碳酸盐样的质谱法铀系年代。其中位于含人牙化石的II 堆积层下界面不远处的L TSY- 3石笋样质谱230 Th /234U 年龄为( 305± 15) ka; 而其余4 个样品经现场地层复核,它们与堆积均缺乏明确的叠压关系,因此认为它们很可能源自洞顶或洞壁石幔。此外,还测定了该地点5个动物化石样的230 Th /234 U 年龄,其结果为60～ 80 ka,平行测定了其中3 个样品的227 Th /230 Th 年龄,二种铀系年龄均在± 1. 5σ范围内一致,从而支持了该地点骨化石样铀系年代的可信度。在没有进一步的地层和年代证据之前,暂将60～ 80 ka 作为含人牙化石的第I I层堆积的年代应是合理的。但值得指出的是,由于骨化石中铀循环模式的不确定性,与有明确层位意义的钙板相比,洞穴地点的这类材料年代结果往往偏于年轻,因此上述年代测定结果很可能也存在偏低问题。      

神农架石笋记录的近200年东亚季风变化及其ENSO响应

通过湖北省神农架永兴洞石笋(编号:YX92)230Th年龄和纹层计数年代学研究,建立了1788AD-1956AD时段年际分辨率石笋氧同位素序列。该序列δ18O值变化范围为-9.70‰~-7.87‰,最大振幅约达1.83‰,呈现显著的年代际尺度振荡旋回特征。功率谱分析结果揭示存在显著的60~70年准周期信号。该记录与同区域和尚洞石笋δ18O曲线具有很好的重现性,说明其可能受控于共同的气候因子,指示了东亚夏季风大尺度环流特征。将石笋重建的东亚夏季风指标与全印度夏季降水量指示的印度夏季风指数对比,结果显示两者在年代际旋回特征上具有很好的相似性,但是呈反相位关系。进一步与ENSO指数对比,发现东亚夏季风年代际尺度变化与ENSO存在密切联系,表现为东亚夏季风增强,对应于ENSO暖期,反之亦然。因此,东亚季风与印度季风在年代际尺度上的反相位关系可能源于两者对ENSO机制的不同响应。     

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     

洞穴石笋沉积特征研究--以贵州荔波董歌洞4号石笋为例

在综合研究南方20多个大型石笋纵剖面的基础上,以董歌洞4号石笋为代表,论述石笋沉积特征与气候演化的对应性.4号石笋从距今147.838±2.6 ka开始沉积以来,形成了53个沉积纹(壳)层组,组成24个亚旋回,构成9个旋回,呈现韵律式旋回性沉积特征.石笋纹(壳)层组分、结构、叠复构造呈多级次旋回性很突出,其中沉积间断具普遍性、沉积速率具多变性,间断和速率变化级次亦明显.以系统测试和测年引证沉积特征的同时揭示:①～⑨旋回间沉积间断时间累积达75.804 ka,占石笋形成时间的51.21%,①～⑨旋回实际沉积时间仅72.222 ka,占形成时间的48.79%;④旋回之前,沉积速率很小,最小仅0.36 mm/100a,比最大速率小22～24倍,自⑤旋回起,沉积速率很大,最大达39.03 mm/100a,是最小速率的3.8倍.石笋沉积特征与气候环境演化的成生关系表明,石笋沉积多旋回性的纹(壳)层组、亚旋回、旋回与气候演化的气候期、阶段和旋回彼此对应,石笋沉积的多级次旋回及其变化就是气候演化的级次及旋回性转(跃)变时间,彼此同时显示.论证了石笋沉积的多旋回性与气候演化的不稳定性,及其彼此协调的宏观、微观综合表现特征.     

MIS 5a/5b时期亚洲夏季风变化的高分辨率石笋记录

由于深海氧同位素阶段5时期 (Marine Isotope Stage 5, MIS 5)高分辨率的亚洲夏季风记录较少,限制了对该时期亚洲夏季风变化的认识。本文利用重庆金佛山羊口洞石笋的δ18O记录,重建了MIS 5a/5b时期平均分辨率为38年的亚洲夏季风演变历史。发现该时段亚洲夏季风在千年—百年尺度上与北大西洋地区气候变化存在紧密联系。得益于误差小于0.4%的230Th测年结果,本文标定了中国间冰阶(Chinese Interstadial, CIS)21的开始时间为84.6±0.3 ka BP,CIS 22的起止时间分别为91.2±0.3 ka BP和88.9±0.3 ka BP。此外,羊口洞石笋记录的CIS 21和CIS 22的变化模式与格陵兰记录不同,而与南极冰芯记录呈反相对应,可能表示在此阶段亚洲夏季风受到了南半球气候变化的影响。      

末次冰消期亚洲季风突变事件的精确定年: 以贵州衙门洞石笋为例

通过贵州衙门洞Y1石笋33个U/Th年龄和1020个氧同位素数据的分析, 重建了西南地区末次冰消期至全新世早期(16.2~7.3 ka BP)平均分辨率达9 a的亚洲夏季风演化特征. 该时段发生的气候突变事件, 在Y1石笋记录中得到明显揭示, 类似格陵兰冰芯记录的GI-1e~GI-1a事件(GIS)可以定义末次冰消期亚洲季风突变事件的中国基准(CIS)为A.1e~A.1a, Y1石笋d ¹⁸O值记录这些事件的开始时限分别为: (14750±50), (14100±60), (13870±80), (13370±80) 和(12990±80) a BP; A.1a结束进入YD事件为(12850±50) a BP, YD结束进入全新世为(11500±40) a BP, 其中BA转换(A.1e开始)和YD转换前后d ¹⁸O值有3‰的变幅. Y1记录区域对比表明亚洲季风在早全新世期间总体增强的趋势在各地区并没有显著的相位差异, 因而不支持东亚和印度季风在轨道尺度上的反相位关系. Y1记录支持近10年来石笋研究的结果, 即亚洲季风气候变化的驱动机制除了主导的太阳辐射、大西洋径向环流(MOC)及热带辐合带 (ITCZ) 运移外, 短尺度上的季风变化和太阳活动密切相关.