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。     

福建仙云洞石笋记录的新仙女木突变事件结束时的缓变特征

新仙女木（Younger Dryas,简称YD）事件是发生在末次冰消期升温过程中北半球的一次急剧降温事件。文章基于福建西部仙云洞石笋（编号：XYⅣ-14）9个高精度²³⁰Th年龄和233个氧同位素分析,建立了12.68~11.25 ka B.P.时段平均分辨率达7 a的东亚夏季风强度的演变序列。该石笋氧同位素记录最为显著的特征是在11.89~11.51 ka B.P.时δ¹⁸O在380±95 a内偏负约1.3‰,指示了YD事件缓慢的结束过程。与基于年层时标的我国北方苦栗树洞、南京葫芦洞和神农架青天洞石笋记录对比发现,仙云洞记录的YD结束过程的时间（380±95 a）明显比苦栗树洞、葫芦洞和青天洞记录（38 a、10 a和11 a）长300多年。仙云洞石笋所记录的YD事件缓慢结束的特征与低纬菲律宾Palawan洞穴石笋记录十分相似。分析结果表明,受热带西太平洋海气耦合的影响,低纬水文循环过程的变化比高纬的气候突变要缓慢的多。

     

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。

     

MIS4早期千年尺度事件特征的湖北石笋记录

高精度定年的石笋记录有助于校正冰芯时标和理解千年尺度事件的驱动机制。基于湖北永兴洞YX288石笋5个高精度²³⁰Th年龄和264组氧同位素数据,重建了MIS4早期东亚季风水文循环演化过程。结合同一洞穴YX46记录,发现两条记录在重叠时段的波动特征高度一致,清晰地记录了持续时间较长的DO19.1事件和持续极短的DO19.2事件。石笋记录显示DO19.2和DO19.1事件的开始时间分别为约72.06 ka和69.40 ka,结束时间依次为约69.85 ka和69.03 ka,在误差范围内与格陵兰NGRIP冰芯AICC2012时标一致。这两个事件的持续时间依次约为2200 a和360 a。在DO19.2事件期间,石笋记录的东亚季风较为稳定,显著不同于格陵兰冰芯记录的温度持续下降的特征。这一季风稳定状态与南北两极间温度差的稳定波动特征较为一致,这也得到反映热带辐合带位置变化的Cariaco盆地反照率记录的支持,表明南北半球的温度变化对亚洲季风的综合影响。

     

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。

     

东亚季风气候对Heinrich2事件的响应:来自石笋的高分辨率记录

据湖北省神农架天鹅洞一支石笋11个230Th年龄和254个δ18O数据,建立了28.5～22.0kaB.P.同位素分辨率平均约30a的东亚季风气候变化序列。该石笋δ18O曲线与南京葫芦洞石笋记录在重叠时段基本一致,说明本区石笋δ18O反映了区域性东亚季风经向环流特征。在24.3kaB.P.左右,石笋δ18O明显正偏,持续时间近1ka,指示一次显著的弱夏季风事件,与北大西洋倒数第二次冰漂碎屑事件(Heinrich2)同步发生,可视为东亚季风气候对H2事件的响应。高分辨率的δ18O序列揭示了H2事件的内部结构特征:(1)事件发生的突变性,石笋δ18O记录指示事件发生时在100a内δ18O从-8.59‰迅速正偏为-6.75‰,振幅达1.84‰;(2)事件结束的渐变性,δ18O正偏到-6.75‰后便以阶梯状缓慢负偏到-8.86‰至事件结束,持续时间近900a。这一过程与末次盛冰期东亚季风气候H1事件表现的季风强弱转换方式基本一致,说明末次盛冰期东亚季风气候H型事件具有共同的内部结构特征。研究表明,末次盛冰期东亚季风气候H事件的突变可能受北大西洋驱动并经青藏高原冰川变化放大。     

陕西地洞河高分辨率石笋记录的DO18季风增强事件

千年尺度事件的结构特征和区域响应是理解和认识冰期气候变化及动力机制的关键。本文基于陕西汉中宁强县地洞河一支长417 mm石笋DDH1的11个U-Th年代和417个氧同位素（δ¹⁸O）数据,重建了末次冰期（64.8~33.2 ka B.P.）亚洲季风演化历史。石笋δ¹⁸O记录在64.7±0.2 ka B.P.和59.3±0.1 ka B.P.快速负偏,分别指示了DO18事件的开始和H6事件的结束。在DO18事件结束过程,石笋δ¹⁸O记录在64.0~60.4 ka B.P.持续正偏,振幅达2.9 ‰,反应季风逐渐减弱,但未出现明显转型阶段。其总体形态与大西洋Cariaco盆地岩芯反射率、南极冰芯的记录较为一致,但是不同于格陵兰冰芯的记录。因地洞河所处青藏高原、秦岭叠加影响的区域,纬度和地形的双重影响使得其石笋δ¹⁸O记录较其他地区偏负,振荡幅度更大。因地形阻挡了高纬信号,使得低纬甚至南半球的信号突现出来,ITCZ的移动、南半球温度和水汽潜热的释放作用在这一区域尤为显著。

     

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...     

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。     

MIS8-MIS9阶段亚洲季风的轨道尺度气候变率:栾川老母洞石笋记录

通过对河南西部栾川县老母洞LM-1石笋U/Th年龄和205个氧同位素的分析,初步建立起黄土高原东南缘豫西地区倒数第三次冰期(氧同位素MIS8-MIS9阶段)千年尺度的亚洲季风演化特征.LM-1石笋δ18O记录最轻为- 11.38‰.,最重为-6.99‰,振幅达4.37‰,平均值为-9.07‰,说明LM-1石笋敏感地记录...     

Pattern of abrupt climatic fluctuation in the East Asian Monsoon during the Last Glacial: Evidence from Chinese loess records

Records of two loess sections located in mid-eastern and western margins of the East Asian Monsoon area captured 20 Dansgaard-Oescher events and six Heinrich events. All these suggested that the climate in the East Asian Monsoon area fluctuated rapidly on millennial to century timescales during the whole Last Glacial. We found that these loess-based events of rapid climate fluctuations were generally synchronous with those of GRIP records, but that there were differences between the Shagou loess section in the west and the Wangguan loess section in the east: the former was more sensitive to climate change than the latter. Compared with earlier studies on loess records covering the Last Glacial from neighboring areas, we discovered that the magnitude of Dansgaard-Oeschger cycles decreased gradually from west to east and we suggest that it resulted from the combined effect of the Westerlies and the East Asian Monsoon.     

小冰期十年际尺度亚洲季风变化的四川黑竹沟洞石笋记录

基于四川省黑竹沟洞一支石笋（编号：EB1）高精度²³⁰Th年龄和氧同位素数据,建立小冰期时期（1375~1810A.D.）气候变化时间序列。该序列δ¹⁸O值变化范围为-10.37‰~-8.58‰,敏感响应于区域气候变化过程。高分辨率δ¹⁸O变化序列能清晰地捕捉到10年际尺度振荡旋回。该石笋记录根据δ¹⁸O值变化可分为4个阶段：1375~1540A.D.和1680~1780A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏负,指示季风增强时期;1540~1680A.D.和1780~1810A.D.时段,δ¹⁸O值整体偏正,处于弱季风阶段。与贵州董哥洞、甘肃万象洞和印度Jhumar洞石笋记录对比发现在小冰期时期δ¹⁸O变化特征具有一定的相似性,表明上述区域降水可能共同受控于印度季风水汽输送影响,反映了区域性夏季风经向环流及其降水变化特征。通过EB1石笋记录与北半球温度曲线的对比发现,两者在百年尺度上同相位变化,可能指示北高纬气候的控制作用。而该石笋与秘鲁东北部Cascayunga洞石笋记录的进一步对比结果显示亚洲季风与南半球季风记录呈反相位关系,证实了ITCZ位置的南北移动在半球间能量传递和交换过程中的重要作用。功率谱分析结果显示小冰期季风波动具有显著的25a和9a周期旋回,接近太阳黑子22a和11a周期频率,表明太阳活动变化可能是小冰期十年际尺度亚洲季风波动的重要驱动因素。

     

贵州七星洞石笋记录的一次强降水事件的探讨

全球变暖、极端事件频发背景下,研究极端事件发生规律,并准确预测未来极端事件的发生,已经成为目前极端事件研究的现实而紧迫的任务。利用地质载体重建过去极端事件的发生规律是极端事件研究的重要手段。本研究以贵州七星洞两个具有相似沉积特征的文石-方解石石笋对过去发生的一次强降水事件进行了探讨。主要认识有:(1)七星洞QX1和QX6石笋分别记录的黄褐色纹(微)层具有相似的沉积特征,为强降水携带粘土沉积形成;(2)两个石笋黄褐色纹(微)层发生的时间经推算在误差范围内一致,发生在公元(1868±1)年;(3)此次强降水事件发生的气候背景为:长时间的干旱导致洞顶植被覆盖和土壤湿度减小,而1869年的雨季多雨,在强降水携带下粘土沉积于石笋表面形成纹(微)层。此次事件的研究为东亚季风区极端降水事件研究提供了新的思路。     

179～129 ka B.P.时段千年尺度气候事件的湖北神农架石笋记录

根据湖北神农架1支石笋(SB11)13个230Th年龄和638个δ18O数据,重建了179～129 ka B.P.时段连续的高分辨率东亚夏季风历史.轨道尺度上石笋δ18O曲线呈现2个岁差旋回,指示东亚夏季风强弱变化受北半球夏季日辐射能量变化驱动.一系列千年尺度季风事件叠加于轨道尺度季风气候旋回上,与已有的东亚季风事件、北大西洋冰漂碎屑事件及地中海降温事件具有比较相似的变化规律,进一步证明了倒数第二次冰期千年尺度气候事件在北半球具有普遍性.山宝洞石笋记录与葫芦洞石笋记录的对比结果表明,最后两个冰期旋回千年尺度事件发生频率及变化幅度非常相似,有力地支持了千年尺度气候事件的冰量驱动模式.     

MIS 5c向MIS 5b转换期亚洲夏季风的演变特征——万象洞石笋记录

根据亚洲季风边缘区武都万象洞一根长360mm石笋(WX0541A)的6个 230Th年代和828个 δ18O数据, 建立了104107~91858a B.P. 期间高分辨率和高精度亚洲夏季风变迁的时间序列。通过与中国东部季风腹地湖北三宝洞和现代西风控制区新疆科桑洞的石笋 δ18O记录对比发现, 三者的变化模式在研究时段内具有相似性。其中, 3个洞穴石笋同位素在MIS 5c中期相当于Greenland D/O 23暖阶段的偏负阶段, 从南到北显示出逐渐偏负的趋势, 是季风降水大陆效应的真实反映; 而在96495~92562a B.P. 之间的同位素偏重阶段, 万象洞和科桑洞石笋同位素组成相近并偏正于三宝洞石笋的 δ18O值, 偏离了亚洲夏季风的内陆入侵规律, 可能与MIS 5b太阳辐射降低时期万象洞和科桑洞地区可变的季节性降水或加入的西风降水有关。     

黄土高原石笋记录的DO25季风增强事件

基于山西龙洞L4石笋4个铀钍年代和110个氧同位素数据（δ18O）,重建了深海氧同位素5d（MIS 5d）期间中国北方地区东亚夏季风强度变化的历史。石笋的L4δ18O序列在113.9±0.6ka B.P.突然负偏1.1‰,指示了Dansgaard-Oeschger（DO）25季风增强事件的开始。在MIS 5d晚期,L4石笋突然停止生长,结合湖北三宝洞δ18O值明显偏重,揭示东亚季风区可能经历了一次显著的弱季风过程。不同纬度相同生长时段高分辨率石笋δ18O记录对比结果表明：在113.9~111.3ka B.P.期间,亚洲夏季风强度明显增强,与减弱的南美夏季风强度呈“镜像”关系;石笋δ18O记录的DO 24与DO 25季风事件的强弱对比表明太阳辐射变化仍是调控千年尺度亚洲夏季风强度变化的主要因素;此外,MIS 5d期间东亚夏季风强弱变化也响应于北高纬地区气温的冷暖波动,表明高低纬气候系统在末次冰期早期仍可能存在遥相关关系。北大西洋热盐环流的周期性变化可能是导致两者耦合的原因之一。     

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。

     

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.     

小冰期东亚夏季风快速变化特征:湖北石笋记录

研究小冰期的结构特征及动力机理有助于理解全球增暖和极端气候事件的原因。基于湖北永兴洞总长为120 mm的YX275石笋7个高精度²³⁰Th年龄和120个氧同位素数据,重建了1361~1955 A.D.时段分辨率达5 a的东亚夏季风降水变化序列。该石笋δ¹⁸O值在-7.8 ‰~-9.3 ‰范围内波动,长期趋势呈现出先缓慢增大后减小的变化特征,整体呈下凹形态。该记录与中国季风区北部和南部石笋记录变化大体一致,指示小冰期发生时东亚夏季风水循环发生减弱变化。在百年-数十年尺度上,YX275石笋记录的小冰期内5次显著季风降水减弱事件与南部贵州董哥洞、织金洞石笋记录变化一致,但不同于北方大鱼洞、九仙洞、黄爷洞和万象洞石笋记录的5次小幅度季风旋回特征,表明小冰期时中国南北部夏季风降水在短时间尺度上可能存在着区域差异。该记录与太阳总辐照度记录和北半球温度记录变化一致,表明太阳总辐照度和北半球温度变化对东亚夏季风水文变化有重要驱动作用。