贵州荔波1200年来石笋高分辨率的古气候环境记录

通过笔者对荔波龙泉洞L2石笋进行高精度的ICP-MS-230Th测年和碳、氧同位素分析, 建立了荔波地区1200 a BP 来高分辨率的古气候变化的时间序列。研究结果表明, 荔波地区1200 a BP以来石笋记录的季风气候经历了1200~1100 a BP(暖)、1100~940 a BP (冷)、940~840 a BP(暖)、840~700 a BP(冷)、700~450 a BP(暖)、450~300 a BP(冷)、300~200 a BP(暖)以及200~70 a BP(冷)等8个阶段百年尺度的干湿、冷暖波动, 并在这些百年尺度的波动上又叠加了一系列数十年尺度的气候变化。石笋记录揭示了1200 a以来东亚季风气候的不稳定性, 呈百年尺度(Gleissberg)的周期性变化。这些气候变化事件, 与冰芯记录极为相似, 反映低纬度地区百年尺度石笋记录的季风气候变化与高纬度及北极地区的气候变化具有极好的相关性, 反映百年尺度石笋记录的季风降水主要受太阳辐射驱动、控制, 而东亚季风的降水事件(或干旱事件)与太阳的辐射强度密切相关。石笋记录的百年尺度季风降水事件对于认识现代气候系统变化以及对未来十年—百年尺度的气候预测和演化的驱动机制, 具有重要的科学意义。     

中国石笋古气候研究的回顾与展望

石笋是洞穴次生碳酸盐的一种,是由含Ca2+和HCO3的洞穴滴水滴到洞穴地面后,水中碳酸钙在一定条件下过饱和析出,经年复一年沉积形成.石笋是古气候研究的重要地质材料之一,其优势在于空间分布广、适合UTh和U-Pb精确定年、气候代用指标丰富、记录较连续、时间跨度较大、相互对比性强和采样成本低等.以上有利因素使得洞穴石笋在全球气候变化研究领域有着不可替代的重要作用.石笋古气候研究于20世纪60～70年代在欧美等西方国家起步,中国的相关研究是在改革开放后80～90年代中期逐步发展起来的.这一时期虽然总体研究水平与国际水平有较大差距,但打下了良好的研究基础、培养了多个人才队伍.进入21世纪,以2001年发表南京葫芦洞石笋记录为起点,中国石笋古气候研究在开放合作的基础上,迎来了蓬勃发展和真正意义上的飞跃,产生了重大国际影响,在多个相关技术和研究领域迈向了国际前沿.标志性成果包括建立了目前世界最长的东亚季风(64万年)石笋记录,以及印度季风(28万年)、南美季风(25万年)、北美西风区(33万年)、中亚西风带(13.5万年)和中国西部西风带(50万年)最长的石笋记录,奠定了这些气候系统石笋古气候研究的里程碑;揭示了轨道-亚轨道尺度上亚洲季风与太阳辐射、南-北极地气候变化的关联,以及与南美季风的反相位关系,为发展轨道-亚轨道气候变化理论提供了新的内涵和证据;阐述了亚洲季风与西风带气候模态之间的耦合和分异关系;精细刻画了全新世亚洲季风变化历史、提供了中国和印度文明-文化演化的水文气候变化背景;建立了大量的2000年以来的高分辨率石笋记录,对理解短尺度气候变率、幅度、事件、周期及预测未来气候变化具有重要意义;改进或发展了包括U-Th测年技术在内的多项重要技术和新的水文气候学指标;为精准重建大气14C做出了重要贡献.展望未来,中国石笋界将继续发展关键技术、进一步厘清石笋指标的水文气候学意义、注重与相关学科的融合交叉、聚焦全球气候变化的前沿科学问题和重大社会需求,做出新的更大的科学贡献.     

云南仙人洞文石类石笋年层结构电镜分析

关于文石类石笋年层的研究,国外曾有报道.Brook等[1]发现马达加斯加岛的一根石笋,其微层由亮色(clear)的文石亚层和暗色(darker)的文石亚层互层组成,而后Bertaux等[2]又在巴西发现了类似的石笋微层,经过分析,均认为每对明暗相间的亚层组成一个年层,并指出暗色亚层可能是由于文石晶体中混入了粘土或者有机质造成的.     

甘肃武都万象洞石笋双重光性微层特征

自1993年Baker等利用高精度TIM S-U系法对Tartair洞一根全新世石笋的发光条带进行年代测定,并通过计数证明其为年生长层之后,石笋微层以其明确的年代学意义和气候环境变化指示意义,逐渐被成功地应用于古气候的定量重建;1995年在北京石花洞国内首次发现石笋微层后,我国学者也开始逐渐关注石笋微层气候学,并对其进行了全面和系统的研究.我国已观测到的石笋微生长层大致可分为"北方型"和"南方型"两种,其中"北方型',微层主要分布在东部地区,在北京石花洞、银狐洞、本溪水洞、南京葫芦洞、山东开元洞等地均已发现,但在我国西部地区尚未见石笋微生长层的报道.最近,笔者在2007年3月采自中国西部青藏高原和黄土高原过渡带万象洞(33019'N,105000'E;海拔1200m)中的一根石笋中发现了典型的"北方型"微生长层.     

黄龙洞年轻石笋的~(210)Pb测年研究

利用210Pb测年法对来自亚洲季风系统相互作用的青藏高原边缘区、高海拔的黄龙洞两根年轻石笋进行了测年研究,数据分析结果显示黄龙洞石笋顶部的210Pb放射性活度随距离呈指数衰变,衰变的趋势逐渐减缓,表明所研究的石笋中含有过剩的210Pb,样品顶部年龄小于100a。对黄龙洞石笋过剩210Pb数据进行非线性拟合,计算出两根石笋的平均沉积速率分别为0.104mm/a和0.143mm/a,与利用230Th测年法得到的沉积速率在定年误差范围之内一致,表明黄龙洞的210Pb测年数据是可靠的,通过计算石笋的沉积速率,可以建立近百年的石笋记录。研究表明,利用210Pb测年方法可以判断石笋(或石笋顶部)是否为100a内沉积的年轻石笋,弥补230Th法测定年轻石笋年龄的不足,有利于建立更加精确的石笋年代标尺,对探讨洞穴现代沉积记录和现代气象数据之间的相关性,明确洞穴石笋δ18O值所指示的气候环境含义具有重要意义。     

末次冰期贵州七星洞石笋高分辨率气候记录与Heinrich事件

通过对贵州都匀七星洞Q4、Q6石笋进行高精度的TIMS-U系测年和氧同位素分析,建立了末次冰期60．5kaB P以来都匀凯酉地区高分辨率的古气候变化时间序列。通过与格陵兰GISP2冰心的δ^18O曲线对比分析,初步揭示并探讨了末次冰期以来反映的短时间尺度气候快速变化的D-O旋回事件1-18和Heinrich事件H1～H5在黔南七星洞中的石笋记录,并对冷事件发生的年代给出了界定。研究表明,黔南60．5kaB P以来石笋记录冷暖事件所反映出的古季风环流变化,明显受北大西洋气候振荡的影响,显示与北极地区存在着古     

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。     

赣北石笋记录的新仙女木事件

新仙女木事件(Younger Dryas,简称YD)是末次冰消期升温过程中发生的一次北半球急剧降温事件,目前全球范围多个地区的地质记录中均有发现该事件的印记.然而,受限于定年误差或采样分辨率等因素,关于YD事件的精确起止时间、精细内部结构和触发机制仍存在争议.本研究利用江西北部神农宫溶洞内一支文石石笋SN29(总长度426 mm,其中距离顶部220~388 mm用于本研究),通过高精度 230Th定年和氧、碳稳定同位素测试分析,建立了13614~10811 a B. P.期间平均分辨率12年的石笋氧同位素(δ18O)变化序列.该记录最为显著的特征是δ18O值在12851~11575 a B. P.时段偏正1. 7‰,指示了一次显著的弱季风突变事件,响应于北大西洋YD事件. SN29为高铀含量文石石笋且生长速率较快,精确界定了响应于YD事件的东亚弱季风事件的起止时间和精细内部结构.结果表明: YD期间, SN29记录的东亚弱夏季风事件的开始时间为 12851±16 a B. P.,经历了约249年;结束过程开始于11575±19 a B. P.,经历了约146年;整个YD弱季风事件共持续了 1276±35年.东亚季风区各石笋δ18O记录的YD弱季风事件在误差范围内基本一致,且与格陵兰冰芯δ18O记录和低纬度其他记录的发生时间一致,支持YD时期东亚夏季风减弱事件可能是对大量淡水进入北大西洋导致径向翻转流减弱、北半球变冷、ITCZ南移的快速响应的假说.     

定量重建气候历史的石笋年层方法

用放射性同位素定年方法结合微层计数了解石笋微层的计时特性;确定年层的显微图像标志;提出矫正石笋层厚时间序列中所包含的沉积趋势的方法;建立符合统计要求的层厚量测规则。将石笋年层厚度序列与当地仪器记录的气候要素时间序列进行对比,作信号波形分析和统计相关分析,找出石笋层厚能够敏感反映的气候要素。如果石笋年层记录的气候信号远强于噪音水平,则可利用层厚时间序列重建所敏感反映的气候要素变化历史。利用所建立的方法,对北京石花洞石笋进行了实例分析。