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60.5 ka B 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δ18O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60.5 ka B 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气候的遥相关.石笋δ18O记录表明,在60.5~11.29 ka B P间的末次冰期,δ18O值由负偏逐渐向正偏方向变化,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     

DO3事件的湖北神农架高分辨率年纹层石笋记录

基于湖北神农架青天洞一支年纹层石笋（编号：QT15）高分辨δ¹⁸O序列,重建了29.4~27.4ka B.P.亚洲夏季风演化历史。QT15石笋δ¹⁸O在约27.9ka B.P.和28.7ka B.P.显著偏负,指示亚洲夏季风增强事件,分别对应于格陵兰冰芯记录的DO3事件和DO4事件。基于年层和高分辨率δ¹⁸O记录分析,石笋QT15记录的DO3事件具有3个阶段演化过程：第一阶段（28.04~28.01ka B.P.）,亚洲夏季风在约30a内突然增强,对应于格陵兰地区该事件开始时的突然增温,揭示了北半球高、低纬突变气候事件的内在机制联系;第二阶段（28.01~27.91ka B.P.）,亚洲夏季风呈现持续增强趋势,与格陵兰地区逐渐降温趋势相反,表明亚洲夏季风与格陵兰温度存在显著的区域差异;第三阶段（27.91~27.74ka B.P.）,亚洲夏季风强度和格陵兰地区温度均显著降低,指示DO3事件结束。DO3事件确立后的季风持续缓慢增强与大西洋Cariaco海盆岩芯反射率记录基本一致,但明显不同于对应的格陵兰缓慢降温趋势。由此推断,在北半球突变事件诱发后,亚洲夏季风持续增强与赤道辐合带（ITCZ）北移以及越赤道气流增强高度耦合,与对应的格陵兰温度变化机制不同。

     

中国南方发现大型文石笋

中国南方大量石笋剖面研究表明,石笋矿物组成有方解石、文石、方解石-文石三种类型。石笋沉积纹(微)层结构构造特征大同小异,但是文石石笋的放射状纹(微)层构造更显著。文石石笋沉积生长的气候环境是滴水多而稳定,水温低、气温略高的冷、湿的洞穴气候条件。文石转变为方解石常保留文石的针状、柱状晶形,并存在于石笋沉积生长的始终。文石结构构造转化在常温或低温、常压或低压下自调整作用的成晶成岩环境进行,其强度取决于所在洞穴气候环境、滴水在石笋的渗流和石笋的含水度。转化作用不影响同位素分馏,石笋同时全面记录古气候环境信息。研究文石石笋对重建古气候环境、成岩成矿作用都有重要理论和实践意义。     

湖北玉龙洞石笋多指标记录的4.2 ka事件

利用湖北神农架利川市玉龙洞一支长约400 mm的石笋（TCL）,结合稳定同位素、微量元素以及灰度等多指标重建了14.4 ka B.P.~2012 A.D.时段十年际分辨率的东亚地区气候与环境变化。该时段内,δ¹⁸O变化范围为-9.5 ‰~-6.6 ‰,平均值为-8.48 ‰。该记录与亚洲季风区同时段其他石笋记录重现性良好,说明石笋δ¹⁸O可以较好地反映轨道至千年尺度的亚洲夏季风强度变化。结合其δ¹³C、微量元素以及灰度重建了多指标气候变化。石笋δ¹³C变化范围是-8.2 ‰~-3.8 ‰,围绕均值-5.4 ‰上下波动,主要存在千年尺度振荡,反映了洞穴上覆植被覆盖率和土壤CO₂产率的变化。石笋TCL的灰度值、Sr/Ca和Ba/Ca比值与δ¹³C值在千年尺度波动上对应关系良好,间接指示了与当地水热条件相关的洞穴水文状况变化。石笋灰度与δ¹³C值对应关系良好,间接指示了干湿度或降雨量的变化。石笋中Sr/Ca和Ba/Ca变化的总体趋势基本一致,主要受当地降水量控制下土壤淋滤作用变化的影响。TCL δ¹⁸O序列显示"4.2 ka事件"的起止时间段为4.4~4.1 ka B.P.,整体呈现"缓慢开始,快速结束"的结构特征。此时段其δ¹³C值偏正,灰度以及微量元素代用指标趋势均呈现低值,这种不同指标间出现的协同变化,说明当时利川地区降水量减少,局域环境明显偏向干冷。文章推测此次干旱事件的发生是由于大量淡水注入北大西洋,海表温降低,使得赤道辐合带（ITCZ）南移,进而引起北半球中低纬度季风减弱并得以在石笋多指标记录中反映。

     

贵州黔西县水西洞石笋记录的末次冰期Heinrich Stadial 4气候突变事件

末次冰期Heinrich Stadial 4气候突变事件(HS4事件)是发生于约40 ka B.P.(B.P.表示Before Present, Present为公元1950年)最为显著的一次海因里希冰阶事件,对其转型特征和精细结构的刻画有助于深入理解千年尺度气候突变事件的机制。本研究基于贵州黔西县水西洞SXG-3石笋的11个高精度²³⁰Th年龄和277个δ¹⁸O数据,重建了40.77～37.17 ka B.P.时段平均分辨率为13 a的亚洲夏季风强度演变序列。该石笋氧同位素记录清晰地捕捉到了HS4弱季风事件,呈现出三阶段变化的特征,即：第1阶段(39.97～39.13 ka B.P.),石笋δ¹⁸O在840±90 a内偏正1.32‰,夏季风缓慢减弱,对应于热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)的南移和格陵兰气候快速变冷;第2阶段(39.13～38.35 ka B.P.),石笋δ¹⁸O整体偏正,平均为-8.34‰,夏季风强度达到最弱,而南美季风达到最...     

“8.2ka”事件的湖北神农架高分辨率年纹层石笋记录

基于湖北神农架青天洞1支长179mm石笋的8个 230Th年龄、890条纹层和445个氧同位素数据,建立了早全新世8.8~7.9kaB.P.时段平均分辨率为2a的亚洲季风气候记录。结果显示,8.34~8.10kaB.P.期间石笋 δ18O明显正偏,指示了一次持续约240a的弱夏季风事件。该弱夏季风事件与同期格陵兰冰芯记录的中心事件(在8.21kaB.P.,持续70a)及淡水注入模拟结果基本一致,表明"8.2ka"事件与淡水注入导致的大西洋经向翻转流减弱或关闭有关。然而,"8.2ka"事件发生前约120a,亚洲季风已开始逐渐减弱,与太阳活动明显减弱时间相对应,据此推测太阳活动可能对"8.2ka"事件具有一定的触发作用。     

石笋记录的印度季风Heinrich 2事件结束过程

H2事件是发生于末次冰盛期的一次显著的气候突变事件,对理解千年气候事件和内部机制具有重要意义.然而,目前具有高精度和精确定年的H2事件气候记录依然很少,这在很大程度上限制了对H2事件起止时间、内部细节和触发机制的进一步研究.本研究基于印度东北部乞拉朋齐洞(Cherrapunji Cave)具有年纹层的石笋CHE-2 (总长940 mm)的21个U-Th年代、 2701条纹层的计数和259个δ18O数据,重建了25. 50~24. 76 ka B. P.和24. 38~22. 42 ka B. P.(99. 5~437. 0 mm样品段)期间石笋δ18O的高分辨率(24. 38~23. 08 ka B. P.时段平均分辨率8年,其他时段平均分辨率14年)、精确时间序列,刻画了印度东北部地区H2事件的结束过程和精细结构.研究表明,乞拉朋齐洞石笋记录的H2事件结束时段为 24. 280±0. 028~23. 436±0. 028 ka B. P.,共持续 844±3年,振幅约为1. 9‰,事件发生时间在误差范围内与东亚季风区石笋记录和格陵兰冰芯记录同步,在此期间,δ18O记录呈现了两次负偏过程(24. 28~24. 17 ka B. P.和23. 90~23. 44 ka B. P.)和一段相对稳定过程(24. 17~23. 90 ka B. P.),叠加了多个百年-十年际尺度的气候振荡.本研究得到的高分辨率δ18O精确时间序列对于改善气候模型和检验气候事件假说有一定意义.从亚洲季风区与高纬地区同时段H2事件记录的对比来看,其发生机制可能主要包括以下几个方面: 1)淡水注入北大西洋导致AMOC减弱,北高纬温度降低,推动ITCZ南移;北高纬温度变化的信号通过西风带和蒙古冷高压传递到亚洲季风区,从而影响亚洲夏季风;2)H2事件结束过程可能受到南极缓慢变暖的影响;3)低纬和青藏高原的变化也可能对H2事件产生复杂的影响.这些依然有待更多的高分辨率记录和气候模拟结果的进一步验证.     

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43020±960～12650±290aB.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:43000～29600aB.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;29600～14600aB.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;14600～12650aB.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DansgaardOeschger(DO)IS1～IS11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。     

小冰期多尺度气候波动:贵州董哥洞高分辨率石笋记录

具有精准年代控制的高分辨率气候记录对于深入研究小冰期气候变化规律具有重要意义。文章基于黔南荔波县董哥洞D41石笋（研究部分长约11.7 cm）的24个U-Th绝对定年和1165组碳、氧稳定同位素测试数据,得到明清小冰期期间（公元1400~1880年）平均分辨率高于0.5年的洞穴上游水汽传输路径的空间集成降雨量变化记录。重建记录表明小冰期内部气候变化存在着多年代际-百年尺度变化趋势和年际-年代际波动;次级波动与干旱事件、火山活动的响应表明石笋δ¹⁸O能够反映一定的大尺度气候信号。D41石笋的δ¹⁸O序列功率谱分析结果显示出160年、11.5年、9年以及14~16、4~7年周期,可能反映了太阳活动和ENSO等地球气候系统内部变率的影响。中国南北方多根石笋氧同位素记录的对比表明崇祯大旱期间（公元1628~1643年）石笋记录显示出与历史文献资料类似的干旱边界,从南方至北方水汽传输路径上,干旱状态反映的空间集成降雨量减少可能是引起北方石笋氧同位素偏重的主要原因。另外,石笋氧同位素记录在年际-年代际尺度上明显的区域差异表明在短尺度上将单个洞穴石笋氧同位素记录用作亚洲季风强度指标时需要谨慎。

     

湖北神农架年纹层石笋记录的YD与8.2 ka事件转型模式研究

基于青天洞两支年纹层石笋QT16和QT40高分辨率δ18O序列,重建了Younger Dryas(YD)和8.2 ka期间季风突变细节过程。结果显示,亚洲季风强度在YD和8.2 ka事件内部并不稳定。在年层时标控制下,季风强度在YD早期最弱,随后缓慢上升,其间叠加三次百年尺度次级振荡;在8.2 ka期间,季风强度整体较弱,内部出现一次持续40 a左右的强季风事件,曲线形态类似"W"结构。运用"方差法"和"RAMPFIT"法分析显示,在两事件开始,季风衰减均表现出缓慢特征(转型时间占据事件整体历时的40%~50%),但在结束期间季风迅速增强,相似变化模式得到了同区其他石笋记录的支持。与格陵兰冰芯记录对比发现,尽管高、低纬气候在两事件结束时段变化特征基本类似,但在两事件开始,亚洲季风衰减过程却显著长于北高纬气温变化。与低纬记录对比显示,热带水文变化在两事件开始阶段均表现出与亚洲季风基本一致的演化趋势,表明亚洲季风的突变过程可能具有鲜明的低纬特色。这些细节差异若得到更多高分辨率地质记录验证,将有利于进一步认识亚洲季风对突变事件的响应方式及其动力学机制。     

Precise dating of the Dansgaard-Oeschger event 4 and its sub-cycles: Evidence from a stalagmite from Xianyun Cave in Longyan City,Fujian Province

The Dansgaard-Oeschger event 4(DO4 event) is a significant warming event that occurred in the late Marine Isotope Stage 3. At present,there are different understandings about the detailed characteristics and internal structures of the DO4 event. Based on 6 precisely-dated ²³⁰Th ages and 188 oxygen isotope data of a stalagmite(No.XYⅢ-28)from the Xianyun Cave,Fujian Province,we present δ¹⁸O time series with an average resolution of 7 yr from 29.13 to 27.94 kyr B.P. Our new stalagmites δ¹⁸O records uncover the detailed processes of the DO4 event. The onset and end time of the DO4 event recorded by the stalagmite δ¹⁸O is 28.83±0.06 and 28.46±0.06 kyr B.P.,respectively, and the duration is 0.37±0.06 kyr. Differential with abrupt change of NGRIP ice core δ¹⁸O record at the onset of DO4 based on the GICC05 layer count time scale,the Xianyun Cave δ¹⁸O shows a relatively slow change. The Xianyun stalagmite δ¹⁸O values negatively shift by 0.4‰ within 145±60 yr,which indicates that the Xianyun Cave was likely affected by the ocean-atmosphere coupling of the tropical. In addition,the Xianyun stalagmite δ¹⁸O reveals a series of sub-million-scale summer monsoon enhancement events in and around the DO4 event,corresponding to the NGRIP ice core δ¹⁸O record and the Arabian Sea basin record. Our results suggest that the East Asian summer monsoon is related to the north-high latitude temperature and the ITCZ position changes on the sub-millennium-scale event.     

DO4事件的精确定年及亚旋回特征: 来自福建龙岩仙云洞石笋的证据*

DO4事件(Dansgaard-Oeschger event 4,简称DO4事件)是发生在MIS3阶段后期的1次明显升温事件。根据福建仙云洞石笋(编号XYⅢ-28)300~500 mm层段6个高精度²³⁰Th年龄和188个氧同位素数据,获得了29.13~27.94 kyrB.P.时期平均分辨率达7 yr的东亚夏季风强度的演变过程数据。该石笋 δ¹⁸O 记录的DO4事件起止时间为28.83±0.06~28.46±0.06 kyr B.P.,持续时间为0.37±0.06 kyr。相对基于GICC05年层计数时标NGRIP冰芯 δ¹⁸O 记录在DO4开始阶段的突变特征,仙云洞石笋记录的DO4事件开始阶段 δ¹⁸O 值在145±60 yr内偏负0.4‰,表现为相对缓慢的变化特征,这说明仙云洞所处的中国东南沿海地区有可能受到热带低纬海气耦合的影响。此外,仙云洞石笋 δ¹⁸O 记录揭示了在DO4事件内部及附近存在一系列的百年至十年际尺度夏季风增强事件,与格陵兰冰芯 δ¹⁸O 记录、阿拉伯海海盆反照率记录的DO4事件亚旋回结构在定年误差范围内相对应,表明东亚夏季风强度与北高纬温度变化和ITCZ(赤道辐合带)位置移动在百年至十年际尺度上存在紧密的联系。     

贵州荔波1.5万年以来石笋高分辨率古气候环境记录

通过对董哥洞石笋进行高精度的 TIMS- U系测年和 C、O同位素分析,建立了贵州省荔波地区 15 470 a以来高分辨率的古气候变化时间序列.研究结果表明,荔波地区 15 470 a以来石笋记录的冷暖事件所反映出的古季风变化,大致可分为 4个气候变化阶段 : (1) 15 470～ 11 350 a期间的晚更新世晚期-- Heinrich (H1)事件和新仙女木 (YD)事件期间,反映本阶段东亚冬季风强盛, 气温降低, 有效大气降水相对减少, 表现为干旱寒冷的气候环境; (2) 11 350～ 9 190 a期间的早全新世--干热期,反映东亚夏季风相对增强,气温升高,有效降水相对较少,表现为干热的气候环境; (3) 9 190～ 3 320 a期间的中全新世--稳定的气候适宜期,反映东亚夏季风相对强盛,气温升高,有效降水相对较大,表现为温暖湿润的气候环境; (4) 3 320～ 130 a期间的晚全新世降温期,反映本阶段东亚夏季风明显减弱,东亚冬季风相对增强,有效降水相对增大,而气候变化的波动频率却在增加 ,越至现代冷温变化时间渐趋缩短.石笋的 C、O同位素记录所揭示的末次冰期最后的 2次冷事件,其冷谷年龄分别为: (15 440± 130) a(H1事件 )和 (11 910± 70) a(YD事件),同时,还确定了终止点Ⅰ的界线年龄为 (11 350± 70) a,并证实了末次冰期在中国南方东亚季风气候区也存在有与北大西洋 H1事件和 YD事件相对应的冷事件.荔波地区的古季风环流变化,反映了东亚夏季风由弱-变强-再逐渐变弱的趋势,有效大气降水由少-增多-变少-再增多,气温由低-变高-再次变低的变化趋势,显示了与北极地区存在着古气候的遥相关关系.     

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-~(230)Th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 aBP(暖)、1100~940 aBP(冷)、940~840 aBP(暖)、840~700 aBP(冷)、700~450 aBP(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.     

The Younger Dryas Event and Holocene Climate Fluctuations Recorded in a Stalagmite from the Panlong Cave of Guilin

Comprehensive studies on a stalagmite from the Panlong cave, Guilin, have shown that the isotopic records and sedimentary characteristics can reflect the changes of both palaeotemperatures and palaeorainfall, that is to say, it is possible to get some information about the changes in climate of the area from the speleothem. The results suggest that: (1) the Younger Dryas event might have persisted in the area from 11 300 to 10 800 a B.P.; (2) from 9000 to 7000 a B.P., the climate got warmer and wetter, and the summer monsoon was gradually enhanced; (3) from 7000 to 4500 a B.P., the climate was warm and wet, and the summer monsoon prevailed; and (4) from 4500 a B.P. on, the summer monsoon was weakened and the modern climate pattern appeared, but there were several cold and dry periods, namely, from 4000 to 2500 a B.P., ca. 2400 a B.P. and < 1000 a B.P.     

湖北清江和尚洞石笋古环境研究的回顾和展望

从1997年开始对湖北清江和尚洞开展了系统的现代过程监测和地质记录的综合研究,以了解气候和生物信息的传输、转化和记录过程,并由此重建长江中游末次冰期以来的气候和生态环境。通过对和尚洞的大气、植被、土壤、围岩、滴水和沉积碳酸盐开展年代学、水文学、地球化学、地球物理学、地球生物学等多学科的调查,已经积累了许多现代过程的基础资料,为进一步进行石笋记录的研究奠定了很好的基础。同时,研究发现该洞穴石笋具有年代准确、环境和生态信息丰富、分辨率高、记录时间长等众多优点,是重建过去气候和生态变化历史的优质载体。下一步研究应该充分利用这些特点,力争在季风的年际和年代际变化以及不同气候态下环境与生物的相互作用两个方向取得进展。