岩溶石笋的古环境研究进展

全球变化研究的热点问题是获得十年到百年甚至年月分辨的气候变化规律。岩溶石笋因期诸多优点，将在古环境研究中发挥越来越重要的作用，本文从当前研究的现状出发，在石笋微层年层对比，微层形成机制，稳定同位素记录，灰度，生长度，微量元素以及紫外激光诱发荧光等方面的研究进行了综述这，并结俣自身研究成果，提出了自己的看法。     

中国近2000年来气候变化石笋记录研究进展

哥本哈根气候大会的召开,使得近2 000年来的气候变化研究倍受关注。本文对气候变化石笋记录,尤其是我国近2 000年来气候变化石笋记录取得的主要成果进行了总结。已有研究的进展主要在于:发现在中国季风区石笋记录中存在近2 000年来的一系列气候事件,并对其进行了高分辨率重建;对地区热月温度进行了年分辨率的重建,以及通过集成研究发现了"环流效应"等等。但以往的研究仍存在石笋古环境代用指标机理、年代学以及区域代表性石笋记录研究不够等问题。为此,文中提出了加强年际分辨率氧同位素古环境机理,特别是大气降水到石笋的一整套迁移变化过程的研究,以及与其他古环境代用指标的响应机理进行综合研究,加强近2 000年来石笋年代学研究和加强区域性代表性石笋记录研究等建议。     

贵州荔波董哥洞3号石笋的同位素年龄及古气候信息

石笋是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息库,研究表明,洞穴内、外环境变化,都不同程度地显示在石笋的组成、结构构造、沉积 (生长 )纹层及其层面构造、沉积速率和古气候环境变化等方面。利用洞穴石笋保存的信息重建古环境,是近 2 0年来的热门课题之一。当前全球气候变化预测研究中,洞穴石笋的高分辨率定年和碳、氧同位素组成的变化规律,为这个领域的突破和填补空白作出了重大贡献。本文通过对荔波董哥洞 3号石笋进行热电离质谱 (TIMS)U-系测年及碳氧同位素分析,获得了距今 16.33万年至 9.13万年的古气候信息。石笋在大于 16.33万年前开始生长,9.13万年后停止生长,平均沉积速率为 2.87mm/ 100a(未扣出间断时间 ),属中更新世的产物。其年龄与δ18O的变化可与深海岩芯V2 8～ 2 38同位素记录所揭示的第五和第六阶段以及与北方离石黄土层 (L2 )和下马兰黄土第一古土壤层 (S1)进行对比。它反映此阶段区内经历了寒冷和温暖 (间夹冷期 )等气候变化,与全球古气候变化波动基本一致,同时也存在地区性的气候变化。     

中国洞穴石笋信息管理系统的开发与应用

随着全球气候变化研究的逐步深入,洞穴化学沉积物在重建古环境中的作用受到越来越多学者的重视,它是一种不可多得的古环境信息载体。我国学者从事洞穴沉积物古环境重建工作已有20多年,已取得大量的石笋记录数据。本信息管理系统主要收集中国南方、北方已有的石笋记录数据,并分析汇总成库,可以较方便地满足国内外从事洞穴石笋古环境重建研究者进行数据查询分析,以实现科技资源共享。      

石笋微层气候学的几个重要问题

气候动力和土壤过程的年季旋回造成石笋碳酸盐沉积不连续界面(如有机质)或矿物(如文石与方解石)、结构(如舒松层和致密层)交替转换从而形成了石笋微生长层,石笋微层不但为古气候时间序列提供了高分辨率的时间标尺,而且其本身的厚度变化在一定条件下也记录了气候变化,成为高分辨率的气候代用指标。石笋微层气候学就是在研究石笋微层与气候变化关系的基础上,采用石笋微层定年、利用石笋微层厚度变化定量重建气候历史的科学方法。现在国内外已经公布了数个石笋层厚时间序列,但序列的构成差距很大,而且有的序列已经受到质疑,因此有必要建立一个获取和提供数据的科学规范,以增加石笋微层重建气候工作的可信度,这是石笋微层气候学方法得以顺利发展首先要解决的问题。而在何种条件下气候能够成为影响石笋微层层厚变化的主导因素,可能是石笋微层气候学需要解决的基本问题。此外,文章还讨论了微层界面形成及碳酸盐沉积的时间、层厚曲线平底、层内虚假的灰度、伪年层和年层缺失、平行样品交叉定年的困难原因等石笋微层气候学必须回答的问题。     

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。     

高分辨率气候环境变化研究中的石笋微层

在全球变化研究领域，高分辨率重建 2000年来的气候环境变化是近期工作的主要内容之一。石笋微层由于其沉积界面完整，微层明显和组分构造有序，从而成为综合研究气候环境变化的理想载体。详细分析了石笋微层灰度和石笋微层厚度的成因、类型和影响因素，对石笋微层在高分辨率气候环境变化研究中的应用现状及目前所存在的问题作了简要介绍，并对该领域今后的发展方向提出了一些看法。     

洞穴化学沉积物的古环境记录研究进展

洞穴化学沉积物古环境重建是第四纪全球变化研究的一个热点。与其它陆地古环境信息载体相比,洞穴滴石石笋具有分布广、时间跨度大、生长机制对环境敏感、适用于U系测年等特点。本文从稳定同位素、石笋微层和微量元素等气候替代指标出发对该领域的研究现状进行了综述: 近年来,国内外在该领域的研究已取得了长足的发展,重建了不同地区不同时间尺度的古环境; 发现了气候变化过程中的一系列冷事件;探讨了东亚季风的演化规律。但仍然存在分辨率不高、研究缺乏系统性以及δ18O与温度的关系不统一等问题。针对这些不足,作者认为要进一步加强该领域的基础研究,寻找新的古气候指标,建立合理的指标体系等方面的工作。      

石笋包裹体重建古温度的研究进展

洞穴石笋是全球气候变化研究的重要载体,石笋包裹体因其捕获了当时环境条件下的水溶液或气体而封存了古气候的原始信息,因此可以重建古温度。围绕当前石笋包裹体研究的现状,阐述了包裹体的形成机制及其在石笋中的分布特征,讨论了包裹体测温(包括稳定同位素测温法、惰性气体测温法、均一温度测温法)原理、方法和技术,分析了石笋包裹体气候学存在的问题及其发展前景。     

洞穴石笋纹(壳)层层组类型研究

石笋是洞穴碳酸钙沉积的典型滴石类型,也是岩溶记录中最全面、最系统的古气候环境信息载体,随着高分辨率测年技术和测试方法的提高,它在重建古气候环境方面具有重要的意义.石笋沉积纹层的组合、厚度、粒度和层面构造等,是恢复成笋滴水动态及相关古水文条件的物质基础,其中不少古气候环境信息,具强烈直观感,聚集物证、形象地记录于石笋剖面中,易观测研究.通过大量石笋纵剖面观测和系统的同位素组成、微(痕)量元素、特征性纹层的分析研究,证实石笋沉积纹(壳)层具韵律性组合和沉积旋回性及其古气候环境显示.首次提出石笋具叠锥型、叠柱型、叠锥叠柱复(组)合型纹(壳)层组和连续性、旋回性、间断(歇)性叠复纹(壳)层层组类型的沉积构造,并阐述各自的特征、滴流水动态和气候环境演变特征。     

黔桂地区最近16万年高分辨率石笋记录的气候事件

全球变化研究是当今地球科学最前沿的课题。要了解地球系统长期演变的动力过程 ,预测未来气候变化 ,就必须首先研究和重建最后 2次冰期高分辨率的气候变化历史。本项研究选择中国南方广西、贵州地区几个大型石笋 ,在沉积学研究的基础上 ,采用碳氧稳定同位素、α谱U系法、TIMSU系 (2 3 0 Th/2 3 4U)法等方法提取高分辨率的气候记录。本区 16万年来石笋气候记录可以与海洋记录的16阶段进行对比。末次冰期的起始点及终止点通过石笋记录分别确定为 (130 1± 1 0 )kaB P 及(11 2± 0 1)kaB P ,其准确性大大高于目前其它记录。所揭示的Heinrich型气候波动事件 ,其时限分别为 :H114～ 15kaB P ,H2 2 1～ 2 3kaB P ,H32 5～ 2 7kaB P ,H44 1～ 42kaB P ,另外在 35～ 37kaB P 也存在振幅很大的冷事件 ,与北大西洋沉积及格陵兰冰芯记录可以逐一对比。长周期的气候旋回以及短期的突变事件 ,在时限上所谓存在几千年以上滞后或超前 ,可能是测试方法和测试对象的不同带来的差错 (包括测试误差 ) ;具有全球意义的一些气候突变事件 ,在发生的时间上可能都具有同时性。这种短期突变事件发生的动力机制问题 ,可能也是目前人类尚未识别出来的天文因素的驱动所致。     

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。     

A landscape analysis of the candelaria watershed in mexico: Insights into paleoclimates affecting upland horticulture in the southern yucatan peninsula semi-karst

Biocultural systems adapt to global climate change through its regional manifestations. Subsistence customs are the cultural interface between regional climate and culture at large. Swidden horticulturalists in Campeche, Mexico report that dry April followed by early onset of the wet season enhances the productivity of upland tropical gardens, or milpas. To relate regional seasonality of moisture to global climate, growing season discharge for Mexico's Candelaria River from 1958 to 1990 was analyzed relative to global average temperature. Analysis of covariance revealed a statistically significant relationship (p < 0.001). Further analysis showed that hot global climate eliminates the dry season, which lowers milpa productivity by preventing burning of the slash. Cold global climate delays the wet season and planting, also at cost of productivity. Intermediate global temperature fosters optimal wet—dry season combinations. Productivity of milpas is therefore directly related to global climate through the intervening mechanism of seasonality of moisture. A regression model reflecting these findings is used to retrodict paleohydrology for the last 3000 years. The pattern of ascendancy and decline of ancient southern Maya lowland urban centers is reviewed in the perspective of changing hydrological conditions. The model indicates that fluorescence occurred with optimal balance of wet and dry season duration and catastrophes unfolded during extended wet or dry periods. We suggest that the southern Maya lowlands have had a precipitous record of urban development and collapse in part because of complex interactions of global climate and upland horticulture. The most productive conditions for milpa issue from an inherently unstable overlay of global climate on a relatively narrow band of partially developed karst (semikarst) geological formations.     

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。      

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。      

罗布泊盐湖过去2000a气候变化曲线的全球对比

根据近年来对过去2000a气候变化研究成果,通过遥感方法将罗布泊盐湖近2000a 气候变化记录与不同地区、不同类型的气候变化曲线进行对比分析,探索了现代盐湖对气候事件的响应机制,并证明了罗布泊盐湖沉积物的气候变化曲线具有明确的古气候意义。研究表明在公元1300～ 1500a 区间,罗布泊盐湖气候记录与北半球千年来地面空气温度变化的相关性大于0. 8;千年尺度变化与古利雅冰芯曲线较一致,气候变化趋势是缓慢上升; 600a 以来,与北京石花洞石笋微层记录曲线有较好的相关性;相对于北半球区域气候,在公元13世纪前后出现过滞后现象。      

中全新世云南寻甸地区气候演化过程及其驱动机制初步研究

通过对云南寻甸仙人洞XR1石笋进行TIMS-U系测年、氧碳同位素、有机碳含量分析,重建了寻甸地区中全新世季风气候演化模式:(1)8.0～6.0kaB.P.为温暖湿润期;(2)6.0～5.1kaB.P.为气候突变期,气候由温湿变为冷干;(3)5.1～2.1kaB.P.为凉干期。通过石笋有机碳含量与石笋δ18O记录对比,认为石笋有机碳可以反映气候变化,但是存在滞后效应。最后,利用XR1石笋δ18O记录与北半球33°N太阳辐射量,本文初步分析了云南寻甸地区中全新世气候变化的驱动因素:寻甸地区中全新世气候的整体变化趋势受33°N太阳辐射量控制,同时受中全新世火山活动的影响。      

洞穴文石石笋古气候环境变化研究进展、存在问题及研究方向

在全球变暖、极端事件频发的背景下,利用地质载体重建过去2 000年来气候变化规律、研究极端事件发生机制是未来气候变化,特别是极端天气/气候事件预测的重要手段。文章综述了高U含量、能够高精度测定年龄的洞穴文石石笋在古气候环境重建的应用:用于研究气候变化与人类文明的关系、反演区域气候差异性、准确重建区域气候变化及极端事件的发生;并针对洞穴文石石笋古气候环境重建中存在的问题提出以下研究方向:综合87Sr/86Sr、δ26Mg、δ18O和δ13C等同位素技术追寻洞穴文石的物源、利用Mg/Ca、Sr/Ca和δ13C、△47综合分析洞穴文石形成的环境及水文过程,加强洞穴文石的结晶学、物理化学研究,查明其形成及转化为方解石的条件。      

35000 aBP以来四川洪雅的孢粉记录与气候变化

运用古气候参数方法对四川洪雅GMH剖面进行孢粉分析,结合定年数据,分析出本区自晚更新世晚期以来的植被变化和气候变化并与我国南方石笋记录等进行对比分析。研究表明:从大约35670 aBP以来,四川洪雅地区总体经历了暖湿—温润—凉干—温润—冷干—温湿—凉润—暖湿—温润的气候变化过程,其间多有反复;GMH剖面孢粉记录与我国南方石笋记录在古气候变化的大趋势上基本一致,对H3、H2、H1、YD等气候事件反映明显;E带(21100-17000 aBP)对应的降温减湿期较石笋记录提前出现与研究区位于第一、二级阶梯过渡地带、山前台地的地貌特征有关;对比发现I带中的温干气候期(约2150aBP前后)具有一定的区域性意义。