中全新世东亚季风年至10年际气候变率:湖北青天洞5.56～4.84ka B.P.石笋年层厚度与地球化学证据

中全新世年至10年际东亚季风气候变率及其动力学机制有助于深入了解当今全球气候变暖的自然变率贡献.本文基于湖北青天洞一支石笋的铀系年龄、年纹层计数、氧同位素和微量元素测量结果,建立了中全新世5.57～4.84ka B.P.时段平均分辨率为3～4年的东亚季风气候和洞穴地点环境演变序列.石笋年纹层由冬季亮色薄层和夏季暗色厚层组成,对应冬、夏季节层的δ18O和δ13C正负漂移与现今冬夏降水和岩溶环境同位素值变化基本吻合.然而,元素比值(Mg/Ca和Sr/Ca)揭示了冬夏季风降水与岩溶作用的复杂响应过程.在10年际尺度上,石笋氧同位素记录了3次间隔200年左右的弱季风事件,分别发生于5.56～5.50ka B.P.,5.26～5.20ka B.P.和5.01～4.94ka B.P.,每个事件大约持续60年,反映了太阳活动周期控制季风强度变化的频率.Mg/Ca和Sr/Ca比值与季风强弱变化不存在明显的对应关系,但其功率谱具有200年和40年左右周期,说明东亚季风气候和岩溶环境过程之间既有共同的控制因素又有不同的演化机理.     

重庆羊子洞MIS5a/MIS4转换时期石笋微量元素记录及其气候意义

利用重庆丰都羊子洞石笋Y02 ICP-MS测年数据、微量元素数据和石笋氧同位素数据重建了三峡库区76~69 ka B.P.时段的古气候环境信息。将石笋Y02测试数据与太阳辐射曲线、格陵兰NGRIP冰芯和南海海表温度进行对比分析,结果显示石笋Mg/Ca主要响应降水变化,而Sr/Ca、Ba/Ca和U/Ca更多地响应地表土壤状况和当地大气粉尘活动,间接响应降水变化;石笋Y02 δ18O记录出现偏重的趋势比微量元素比值增大时间晚1 ka多,表明石笋微量元素比值可能还受到温度影响。     

石笋氧同位素和微量元素记录的陕南地区4200～2000a B.P.高分辨率季风降雨变化

基于陕南祥龙洞石笋XL2的19个230Th年龄、218个氧同位素分析以及896个Sr/Ca分析数据,高分辨率重建了4200～1972a B.P.期间陕南地区季风降雨变化.重建结果显示陕南地区这一时期季风降雨有显著的127～105a和57a周期,可能分别受控于太阳活动、PDO和/或AMO的变化.重建时段有3次百年尺度的干旱事件,分别发生于2200～2100a B.P.,2900～2700a B.P.和3600～3400a B.P.,其中2900～2700a B.P.干旱事件对应于北大西洋地区2.8ka冷事件.对比研究显示,尽管祥龙洞石笋和董哥洞石笋δ18O记录整体一致,但除了2900～ 2700aB.P.干旱事件之外,其他两次干旱事件在董哥洞石笋记录中并不明显.而尽管总体上祥龙洞和和尚洞石笋δ18O记录的差异要大,但XL2的3次干旱事件在和尚洞记录都有明显体现.有精确年代控制的祥龙洞、董哥洞及和尚洞石笋氧同位素记录的差异,揭示晚全新世我国季风降雨在十一百年尺度存在区域差异.     

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...     

H1事件时长江下游地区季风降水变化特征的石笋铀元素记录

Heinrich 1（H1）事件是末次冰期向全新世转变过程中,北高纬大冰盖快速崩塌的冰盖不稳定事件,其气候环境影响深远。东亚地区石笋δ18O记录在H1事件时,普遍正偏至冰期的较大值,此正偏值通常指示东亚季风整体减弱。然而,在长江中游地区反映局地水文变化的石笋微量元素和碳同位素记录,显示在H1事件时梅雨量增加。梅雨与东亚季风强度的反相关关系是否存在,这有待更多记录的验证与支持。基于长江下游梅雨区南京葫芦洞石笋铀元素的水文变化特征,发现在H1事件时,梅雨整体增多。在H1事件内部结构特征上,高分辨率石笋δ18O记录显示,以~16.1 ka B.P.为界,东亚季风强度存在两个不同状态,类似的转变过程在铀元素记录中有所体现,表现为梅雨量由低到高的转变特征。石笋δ18O记录的这一季风强度变化过程在20年内完成,铀元素记录尽管分辨率不高,但也表现为快速转变的特征。这种对应的快速转变过程,表明石笋铀元素对东亚季风大气环流变化的积极响应;另一方面,也证实了铀元素对气候环境变化的有效记录。南京葫芦洞石笋铀元素记录了梅雨在长江下游地区H1事件期间增强的特征,进一步支持了梅雨与季风强度变化的反相关关系,提供了中国季风区降水空间差异的东部记录。     

黄土高原西部石笋记录的H2事件特征

青藏高原与黄土高原过渡带的甘肃武都万象洞位于现代夏季风的边缘区, 对气候变化极为敏感.通过洞内一支石笋WX40D的6个高精度TIMS-U系定年数据和616个样品的氧同位素测定, 建立了28.3~23.0 ka B.P., 分辨率约为10年的亚洲季风气候变化序列. 石笋δ18O记录揭示Marine Isotope Stage 2 (MIS2)早期东亚季风气候具有10~100 a尺度高频震荡特征, 从中识别出北大西洋Heinrich 2 (H2)特强冷事件, 且记录显示该事件开始于24.6 ka B.P., 呈突发式降温之后持续跌宕式降温变化. 对比研究发现, 万象洞石笋δ18O记录H2事件与葫芦洞、天鹅洞的石笋记录有差别, 但是与湖南金滩湾洞穴石笋δ18O记录、33°N太阳辐射强度以及极地GRIP冰心记录变化趋势一致, 表明季风边缘区气候变化主要受北半球中纬度太阳辐射能背景、北大西洋冰漂碎屑带的扩张以及低纬太平洋海表温度变化等因素的控制, 同时万象洞特殊的地理位置使得区域气候更易受到与极地气候有密切联系的亚洲冬季风和西风环流变化的影响.      

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.     

东亚季风MIS 3早期DO事件的亚旋回及全球意义

根据湖北永兴洞石笋(YX51)10个U/Th年龄,470组氧、碳同位素数据建立了深海氧同位素3阶段(MIS3)早期57.7~35.6kaB.P.期间东亚夏季风演化时间序列。在发育时段,千年尺度δ18O峰谷变化与高纬冰芯记录的Dansgaard-Oeschger(DO)事件一致;δ13C呈现出与δ18O正相关同步演化特征,但受区域环境影响,在事件内部细节上存在差异。区域对比表明,同一季风区的永兴洞和葫芦洞石笋δ18O指示的季风降水同位素组成具有本质上一致性;高低纬记录对比显示,千年尺度的峰谷变化一一对应,反映热带辐合带(ITCZ)水汽传输能力、平均位置变化对东亚季风和高北纬气候具有重要影响。在DO13至DO15事件内部,永兴洞石笋δ18O记录了显著的双峰特征,说明低纬季风强度变化和格陵兰冰芯δ18O揭示的次级暖峰具有一致对应关系,指示大气快速传输机制在高低纬环境突变中起着重要作用。     

洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;② 但基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca比值对外界环境的响应具有同一性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca比值：在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca比值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca比值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。     

洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;② 基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca值对外界环境的响应具有一致性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca值：在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。     

特大洪水日地水文学长期预测

对于大江大河重现期为 5 0 10 0a的因暴雨产生的特大洪水 ,要提前 0 5a作出确定性预测和最大洪峰流量预报 ,国内外学者一般认为 ,由于缺乏相应的预测理论和方法 ,实际上不可能。笔者积40a的研究 ,在所创建的日地水文学理论和大洪水长期预测方法多次应用成功的基础上 ,对于 1998年长江特大洪水 ,先提前 10a作出初步预测 ,临期又提前 0 5a作出定性和定量预报。其依据是太阳活动、西太平洋海温下降、印度洋海温异常上升、东南非经南亚至中国西南气流异常降雨降雪、长江下游南侧特别是闽浙赣相邻地区前冬暴雨洪水 ,以及长江中游 133a来枯水季 1月破纪录罕见特高水位等一系列日地水文物理的新发现和先兆分析。经过和 1870年、195 4年、1931年等多次特大洪水的比较研究 ,从初步预测逐步深入 ,结果求得确定性预测。最后再根据上一次 2 2a周期性大洪水 ,按照日地水文相似模型 ,以太阳活动相对增量为参变量 ,建立最大洪峰流量预报公式 ,从而计算求得为80 0 0 0m3 /s。经 1998年 1月下旬提出预报 ,1998年 7月、8月已获得完全证实。在中国和全球大河中 ,80 0 0 0m3 /s特大洪水的成功长期预测 ,这是第一次。在洪水物理和定量预报上获得突破。     

新沂球粒陨石的物质组成和结构

新沂球粒陨石,为江苏省新沂县城岗公社徐庄村一社员在其家菜园附近所发现,降落时间不详。该标本经江苏省地质局第五地质队黄堂发同志初步鉴定,推断其为陨石,后送交中国科学院地质研究所。我们对此陨石的矿物组成、化学成分、球粒结构等进行了初步研究,下面作一简述。     

FOSSIL MAMMALS FROM TAIWAN

Mammal fossils were first discovered on Taiwan by H. Saitō in 1926. Skulls and teeth fragments of Rhinoceros, Elephas, and Stegodon were discovered subsequently in transported float; the source bed, Tertiary gravels of the Kichō formation, was found in 1940 by Kaneko. The Tso-chen area alone has yielded specimens of all fossil mammals found in any of the 13 known fossil localities on Taiwan. Occurrences of these fossils with marine shells indicate deposition in the regressing sea of the late Pliocene. Similar fossils at Tso-chen and Hsin-chu indicate possible stratigraphic correlation. --M. Russell.     

GEOLOGICAL NOTES FROM KANSU

Age of the Kueite Series: In my paper "Essays on the Cenozoic of Northern China" I have mentioned a fossil find which was made by Dr. Wong Wen-hao and Mr. C. Y. Hsieh in the "Red beds" of Ku Yuan Hsien, E. Kansu. These were shells and opercula of a small gastropod which I     

近代盐湖沉积物中的生物标志化合物

    生物标志化合物是在沉积有机质地质演化过程中可保留其原碳骨架的生物分子，具记录沉积环境和沉积有机质热演化历史的功能。用有机地球化学方法（气相色谱、气相色谱/质谱、热解色谱和同位素质谱）对采自我国西部盐湖的近代沉积物进行了大量研究，而且对盐湖沉积环境地球化学特征、有机质组成与早期成岩作用的关系和各种生物标志化合物指标进行了更加深入细致的探索。研究结果表明干酪根碳同位素组成（δ¹³C PDB）和盐湖类型有关系，例如，硫酸盐型湖的干酪根δ¹³C 值较重，而碳酸盐型盐湖的δ¹³C值则较轻。姥鲛烷/植烷比（Pr/Ph）、总三环萜烷/总萜烷（%）、孕甾烷/甾烷比（%）、伽玛蜡烷/αβ—藿烷和三芴系列化合物组成三角图等生物标志化合物指标可以用来判识沉积环境的盐度。通常，在盐湖或咸水沉积环境中，除额吉卓尔盐湖样品因采自边缘，Pr/Ph比值较大而外，其余各盐湖样品的Pr/Ph比值一般≤1.0，而其余各比值均明显大于在淡水湖中的比值；三芴系列化合物三角图中，各盐湖样品均集中分布在硫芴含量高的区域。与我国各典型沉积环境中的原油及古代岩样的分析结果作了对比，发现同样表现出上述规律，故认为是良好的识别标志。正构烷烃分布、甾烷相对含量及某些特殊生物标志化合物的含量如三环二萜烷可以用来划分可溶有机质类型。察汉卓和查干诺尔盐湖可溶有机质中，正烷烃以低碳数占优势，显示其组成主要来源于低等水生生物；额吉卓尔盐湖则以高碳数为主，显然与边缘相陆生高等植物的输入有关；而小柴旦盐湖正烷烃高低碳数分布均衡，说明高等植物与低等水生生物同时输入。C₂₇～C₂₉正常甾烷及三环二萜烷的组成与分布也显示了相似特征。
    另外，还发现了多种非常规生物标志化合物，报导了其 m/z 217、m/z 231、m/z 245、m/z 259离子色谱特征。这些特征离子大多由三芳甾烷产生。三芳甾烷是由生物分子（甾体）在地质条件下演化而成的。盐湖沉积物中大量该类化合物的发现意味着含盐沉积环境及其继后的早期成岩作用在甾体的这种芳化过程中起着积极作用。     

深海沉积物中的宇宙球粒

1978-1979年,我国海洋调查船“向阳红09号”从太平洋西部海底沉积物中发现了很多透明、半透明和不透明的细小球粒(直径<1mm),作者曾作过初步报道^[1,2]。本文将报道对这些球粒的进一步研究结果。     

南海北部深海花粉记录的环境演变

本文报道了南海北部深海沉积物中花粉的研究结果。所研究的17940孔长13．30m,包括最近4万年的沉积物。共鉴定统计103个样品,样品间距10cm,分辨率约为360a,自下而上分为3个花粉带和8个亚带。P1带(13．06～8．70m,约37000～15000aB．P．)以山地针叶树(Picea,Abies,Tsuga)花粉高含量组合与蒿属花粉占优势组合交替出现为特征,指示冷湿及温干频繁交替的气候。根据氧同位素资料该带相当于3期及本次盛冰期。P2带前期(P2-a亚带,8．70～7．23m,约15000～11300aB．P．)热带-亚热带常绿阔叶乔木花粉增加指示气候变暖,其中14000aB．P．前后红树林的高峰可能是海平面一度上升的结果;P2带后期P2-b亚带(7．23～660m,约11300～10000aB．p．)高山雨林及山地针叶树花粉增加指示气候变冷。根据氧同位素资料P2－a亚带与Bφlling－Allerφd升温期相当,而P2－b亚带属新仙女木期。P3带(660～0m,10000aB．P．至现在)为全新世,花粉组合以松属花粉占绝对优势,与现代南海北部表层沉积物中花粉组合相似,说明近万年以来南海北部气候与现代气候相近。近1400年来芒其孢子突然增加说明人类活动加剧。