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.     

公元8世纪以来贵州荔波石笋高分辨率的气候变化记录

通过中国贵州荔波龙泉洞L1及L2两根石笋19件ICPMS230Th测年和459件氧稳定同位素分析,L1时限范围为918-1910aA.D.,L2为724-1888aA.D.;稳定同位素样品的平均分辨率分别为6.6a和3.6a.两根石笋δ18O记录取得了平行一致的结果,石笋记录可分为3个气候期,即:中世纪冷期(公元8世纪-995aA.D.),石笋δ18O总的偏重,交化幅度较小,最轻为-8.84‰,最重为-6.72‰,平均值为-7.76‰;中世纪暖期(995-1340aA.D.),石笋记录为两峰夹一谷,200年级的一个半旋回,δ18O最轻为-9.47‰,最重为-6.58‰,平均值为-7.94‰;小冰期(1340-1880aA.D.),石笋记录为四谷三峰相闻交替,印季风表现出由弱到强的200年级3个半旋回,δ18O最轻为-9.50‰,最重为-6.07‰,平均值与中世纪暖期基本一致,为-7.92‰,但变化幅度要大一些,特别是弱季风期要偏重一些.L1及L2两石笋δ18O记录可以很好地和中国中东部物候记录对比.在总体变化榕局上也可以和格陵兰冰芯记录进行对比.石笋记录也可以与宇宙核素产率及太阳耀斑记录进行)cf比,小冰期中石笋δ18O记录的4个低谷期(弱季风期),正好与宇宙核素产率及太阳耀斑曲线的低谷区相对应,并分别可以和太阳黑子1810年达尔顿极小值、1645-1715年蒙德极小位、1420-1530年的斯波瑞尔极小值、1280-1440年的沃尔夫极小值一一对应.太阳黑子的变化,直接改变地球接受太阳辐射能量的交化,说明低纬度地区短尺度季风气候直接响应于太阳辐射能量的变化.     

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。     

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.     

高精度ICP-MS 230Th测年新技术及其在贵州衙门洞Y1石笋测年研究中的应用

在系统介绍洞穴石笋高精度ICP-M S铀系年代学原理与方法的基础上,对贵州荔波县衙门洞Y1石笋进行了IC P-M S 　230 Th测年研究。综合分析认为精确时标的建立对于利用石笋进行古气候重建具有重要的实际意义;采用ICP-M S　230 Th测年方法进行石笋样品定年准确可靠,并且比TIM S方法具有更高的效率,所需样品更微量。通过生长速率变化分析表明,石笋生长速率记录了过去冷暖突变事件,因此可以用它作为一个有意义的环境记录替代指标来研究古降水及古气候变化。      

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90.0~160,0 ka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110.0 ka B P,5d/5e为120.0 ka B P,5e/6为129.2 ka B P.在由冰盛期的6阶段到间冰期的5e,δ18O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,δ13C值也同样自谷底至峰顶的快速变化,说明生态环境也随气候环境的迅速变化而变化.系统的微量元素分析表明,S,Al,Sr,P,F等均表现出由冰盛期6阶段至间冰期5e阶段最大幅度的迅速变化,在间冰期,微量元素记录变化幅度较小,变化波形与δ13C记录更为相似,研究表明,这些微量元素与δ13C记录一样也可以作为岩溶区生态环境重建的代用指标.     

湖北三宝洞石笋生长速率及其古气候意义

石笋生长速率通常被作为反映古气候或古环境变化的有效代用指标。本文以湖北三宝洞22万年以来17支石笋为材料,实测了190个230Th年龄,其生长曲线显示MIS 1和MIS 5 阶段平均生长速率较大,超过70μm/a; MIS 2,MIS 3,MIS 4和MIS 6阶段生长速率较慢,均低于25μm/a,甚至停止生长。间冰期平均生长速率比冰期增加了1~2倍以上,且具有"爆发式"快速生长的特点。以5000年为步长的同一洞穴17支石笋生长频率支持平均生长速率的研究结果,说明在轨道尺度上较大的石笋生长速率能够有效地指示暖湿的气候条件。研究结果表明,间冰期高海平面和强太阳辐射增强了研究区季风环流,提高了地表植被覆盖率,有利于洞穴岩溶水过饱和,从而导致间冰期多支石笋连续高速生长。     

贵州荔波地区2000年来石笋高分辨率的气候记录

通过对荔波董哥洞石笋进行高精度的ICP MS或TIMS U系测年和碳、氧同位素分析,建立了荔波地区2 300a B.P.来高分辨率的古气候变化的时间序列。研究结果表明,贵州荔波地区2 300a B.P.以来石笋记录的季风气候变化,大致可分为8个气候(亚)期:① 2 300～1 800a B.P.为降温期,显示东亚夏季风减弱,东亚冬季风增强,气候干旱寒冷;② 1 800～1 080a B.P.气温有所回升,显示东亚冬季风缓慢减弱,东亚夏季风有所回升,表现为半湿润的温凉气候期;③ 1 080～680a B.P. 为降温期,气温再次下降,显示东亚冬季风再次增强,但降水相对增大,表现为寒冷湿润的气候期,是气候变化的关键转折时期;④ 680～550a B.P.温暖期,显示东亚夏季风再次增强,气温升高,降水增大,表现为温暖湿润的气候期。⑤ 550～400a B.P.寒冷期,显示东亚冬季风快速增强,气温下降,表现为寒冷湿润的气候环境,是近1 000年以来最冷的时期;⑥ 400～364a B.P.温凉期,显示东亚夏季风有所增强,气温有所回升,表现为温凉湿润气候环境;⑦ 364～324a B.P.冷凉期,显示东亚夏季风有所减弱,气温有所下降,表现为冷凉湿润气候环境;⑧ 324a B.P.至今,气候相对波动期,同位素记录曲线呈锯齿状波动,在其内包括若干个冷凉半湿润、冷湿的气候变化亚阶段。根据荔波董哥洞石笋的高分辨率的古气候变化的连续记录,揭示了荔波地区2 300a B.P.以来的一些百年尺度的重大气候事件——干旱寒冷期、隋唐温暖期(或小温暖期)、小寒冷期以及一些十年尺度的降水、温度变化。石笋记录的这种百年、十年尺度的突发性气候变化事件,与冰芯记录极为相似,反映低纬度地区石笋记录的季风气候与高纬度及北极地区的气候具有极好的相关性,这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。     

黄龙洞年轻石笋的210Pb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。     

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。     

贵州荔波第四纪晚近期石笋地质年表与气候事件

南方岩溶区大型石笋年代地层学研究表明石笋是第四纪 (系 )研究的主要对象之一 ,石笋比其他第四纪沉积物更易高精度定年。贵州荔波地区以 6 8个TIMS U系正序平行测年 ,建立了第四纪晚近期 16 2 .3ka以来的地质年表 ,确定全新世与晚更新世以 9.36 3ka分界 ,而晚更新世与中更新世以12 8.5ka分界 ,提出距今 35 0年、2 30 0年……和新仙女木、类Heinrich等一系列冷事件的跃变年代 ,事件的冷暖转 (突 )变时限具区域对比意义。认定应以大型石笋系统测年建立第四纪地质年表 ,不宜用少数测年值按 2～ 3个沉积速率推算建年表 ,亦不宜以小型石笋“系统”测年建年表 ,以免因间断沉积造成自然的、人为的缺层和漏测 ,使年表失实。     

贵州荔波黑洞碎屑沉积物宇宙成因核素26Al/10Be埋藏年龄

河流下切在岩溶区形成的多级层状洞穴,记录了地体隆升和地貌演化历史,但由于测年手段的限制,国内在这方面的研究一直进展不大。近年来,运用宇宙成因核素得到洞穴碎屑沉积物埋藏年龄的方法,已成为反演山地区域构造-地貌演化的新途径。本文尝试运用宇宙成因核素26Al/10Be埋藏测年技术,对属于贵州荔波地区4层洞穴系统的黑洞(第二层)碎屑沉积物进行年龄测定,假设样品进洞前无埋藏史,测年结果显示黑洞年龄至少有 1.06±0.23Ma,并且该地区三岔河流域的侵蚀速率为 55.1±2.3m/Ma。这是对该地区洞穴测年的一次新探索,体现出洞穴沉积物宇宙成因核素埋藏测年技术在我国晚新生代地质地貌演化研究方面具有良好的应用前景。     

洞穴碳酸盐230Th-234U-238U测年初始钍校正的等时线研究

初始钍的校正是不纯沉积碳酸盐230Th 234U 238U测年的一个重要方面，洞穴石笋初始Th校正通常采用230Th/232Th的原子比值为（4.4±2.2）×10-6。多年来4种不同的等时线方法应用到不纯碳酸盐测年初始Th的校正中，其中全样品的等时线方法是目前公认的较为完善的一种方法。通过测定云南同一石笋2个不同层位的9个样品的U、Th同位素组成,并进行等时线分析，结果表明2层样品初始钍230Th/232Th原子比值分别为（3.5±2.8）×10-6和（10.6±2.2）×10-6，这说明即使在同一地区，由于其混入Th来源的复杂性，230Th/232Th初始比值在同一样品不同层位仍可能有较大的差异，因此不能够完全采用单一层位等时线获得的初始值对整个样品进行校正。考虑到在实验测量过程中，232Th含量的过高对于230Th的准确测定也有很大的影响，应尽量选择纯净石笋样品进行测年研究，在样品的选择和前处理过程中就减少初始钍的影响，这对获得高精度的测年结果有着重要的意义。     

26Al/10Be埋藏测年及其在洞穴沉积年代学研究中的应用

长期暴露于地表的石英砂被快速搬入洞穴或埋藏,不再接受宇宙射线辐射,埋藏前所积累的陆地宇生核素26 Al 和10 Be 随时间指数衰减。据此用加速器质谱计测定沉积物中石英样品现存的26 Al /10 Be可计算其埋藏年代。用此方法本文对周口店第一地点的下部地层年代作了初探。此次研究表明自第10层以下的沉积物其年代很可能≥ 1 Ma。      

水化学和钙华碳氧稳定同位素在古环境重建中的应用——以贵州荔波小七孔景区响水河为例

文章报道了响水河河水的现场监测结果,得到响水河河水的Ca2+和HCO-3非常低,这明显与河床中大规模钙华的存在和景区内发育的茂密植被不匹配;并仔细观察发现,钙华表面有被侵蚀的痕迹,如溶蚀槽和溶蚀坑等,这说明目前所见钙华可能是过去环境条件下的产物。根据钙华碳氧稳定同位素组成特征的分析得出:近4000年来,该地区总的气候环境变化趋势是4000～3400aB.P.为相对温暖湿润期,植被生长好,为良性生态期;3400～2000aB.P.前期仍比较温暖但干燥,后期到2000aB.P.左右变得比较凉爽,从这一冷期到大致900aB.P.前后,气候有些波动,但幅度较小,夹有冷暖干湿的交替;而900aB.P.至今,钙华碳氧稳定同位素值的急剧增加,反映出气候的冷干和源区人类活动加剧造成的水土流失增加,岩溶石漠化加重,生态朝恶化方向发展     

东川汤丹铜矿床石英真空击碎及其粉末阶段加热^40Ar—^39Ar年龄谱的含义

采用真空击碎技术提取东川汤丹铜矿床石英流体包裹体进行40Ar-39Ar法年龄测定,获得了逐渐下降的阶梯形年龄谱,表明流体包裹体含有过剩氩;数据点在40Ar／36Ar-39Ar／36Ar图解上构成等时线,等时线年龄为（712±33）Ma,代表了矿床的形成年龄。随后对其粉末进行40Ar-39Ar阶段加热（100—800℃）分析,形成相对比较平坦的年龄谱,坪年龄为（317±6）Ma（39Ar占45％,含真空击碎分析在内）,粉末加热分析全部数据点构成的等时线年龄为（321±13）Ma。电子探针分析和显微镜观察证实了该石英样品中含有粒径大于100μm,K2O含量为8％-10％,形成时间明显晚于石英的白云母类富钾矿物,粉末阶段加热分析结果表明～320Ma应为后期白云母类矿物的年龄。