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。     

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。     

湖北高分辨率石笋记录的DO18事件特征

研究冰量较大时期千年尺度事件的区域响应和结构特征有助于进一步理解和验证千年尺度事件的驱动机制。基于湖北永兴洞一支石笋的5个高精度230Th年龄和323个氧同位素数据,重建了Dansgaard-Oeschger（DO）18事件发生时高分辨率的东亚水文循环变化的过程和特征。结合同一洞穴另两支石笋记录,发现永兴洞石笋δ18O在~64.7 ka迅速负偏1.5‰,指示在MIS4阶段东亚季风区确实发生了持续时间较短的DO18事件。石笋δ18O结果精确标定了DO18事件的结束时间为~63.0 ka,结束过程呈现出5个百年尺度的季风增强振荡。在形态特征上,不同于格陵兰冰芯DO18事件的快速开始和快速结束（~60 a）的对称变化,季风区DO18事件呈现出快速增强但缓慢结束（持续达1500 a）的显著不对称特征。但是,石笋δ18O与北大西洋温盐环流（AMOC）变化在形态特征和持续时间上高度一致,暗示了AMOC对东亚季风区DO事件的重要调控作用。DO18事件时东亚季风与北大西洋气候的不同结构特征可归于高低纬气候系统对AMOC响应方式的差异。石笋δ18O功率谱结果呈现出208 a、150 a、52 a和14~12 a的变化周期,分别接近于太阳活动的207 a、149 a、57 a和11 a周期,说明在冰量较大的MIS4阶段太阳活动仍控制着东亚季风短尺度的波动。     

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.     

石笋与环境— — 石笋纹层形成的环境机理初探

石笋沉积的生长条带从剖面图式可分为两大类: 一类没有明确的沉积旋回界面,难以按层计数,称为“生长纹理” ; 另一类具有确定的沉积旋回界面,可以按层计数,称为“生长层理”。石笋生长层理可以发展成为一类重要的断代工具。中国北方型微层的形成可能主要与干湿季变化明显的气候条件、以及富含有机质和碱性交换态离子的土壤类型密切相关。而南方型微层的形成可能主要与较长时间的降水和有机质淋滤以及盛夏高温-少降水的配置有关。如果沉积物中某种要素对物源或水流通过路径的环境变化能够灵敏反应,并按一定的时间单元将这些变化记录下来,就能成为高分辨的气候— 环境变化信息库。      

桂林响水洞6.00ka B P以来石笋高分辨率的气候记录

通过对桂林响水洞的石笋进行高精度的TIMS-U系测年和C、O同位素分析,建立了中全新世6.00 ka B P以来桂林地区高分辨率的古气候变化时间序列.石笋剖面的C、O同位素记录揭示,桂林地区中全新世(6.00 ka B P)以来的季风气候变化,大致可分为2个气候期:6.00~3.57 ka B P为气候适宜期,显示东亚夏季风由强盛逐渐变为减弱的趋势,为气候温暖湿润期;3.57~0.37 ka B P为降温期,显示东亚夏季风减弱,冬季风增强以及气候的大幅度波动.在这一降温期,间夹多次短暂的温暖期.石笋同位素记录的研究结果表明,在6.00~0.37 ka B P间的中全新世--气候适宜期,δ18O值由偏负逐渐向偏正的变化趋势,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.     

石笋与环境

石笋沉积的生长条带从剖面图式可分为两大类一类没有明确的沉积旋回界面,难以按层计数,称为“生长纹理”;另一类具有确定的沉积旋回界面,可以按层计数,称为“生长层理”。石笋生长层理可以发展成为一类重要的断代工具。中国北方型微层的形成可能主要与干湿季变化明显的气候条件、以及富含有机质和碱性交换态离子的土壤类型密切相关。而南方型微层的形成可能主要与较长时间的降水和有机质淋滤以及盛夏高温-少降水的配置有关。如果沉积物中某种要素对物源或水流通过路径的环境变化能够灵敏反应,并按一定的时间单元将这些变化记录下来,就能成为高分辨的气候—环境变化信息库。     

石笋矿物类型、成因及其对气候和环境的指示

洞穴石笋的矿物组成分为方解石、文石和文石-方解石三种类型。本文总结了国内外已有的研究成果,并结合野外观测现象和数据,讨论了影响石笋矿物形成和转变的因素,分析了利用石笋矿物类型特征研究古气候和古环境变化的可行性。洞内滴水饱和度和滴水中Mg/Ca比值是影响石笋矿物类型的主要因素:当滴水Mg/Ca 比值较低（Mg/Ca＜1或<<1）时,滴水饱和度较低易形成方解石,而文石沉积则需要更高的滴水饱和度;当滴水Mg/Ca 比值较高（Mg/Ca≥1）时,方解石相对文石沉积需要更高的滴水饱和度。洞穴围岩镁含量高且滴水多而稳定的洞内环境是我国南方大量文石笋发育的主要原因。长期处于滴水淋滤环境的文石笋容易向方解石转变,但若滴水中Mg2+浓度较大,此转变过程会受到抑制。在围岩镁含量较低的洞穴中,干旱时期渗流水滞留时间长、滴水速率变慢,会造成滴水中Mg/Ca比值升高并引起文石沉积。因此,石笋矿物类型及矿物相转变可指示气候和环境的变化。      

桂林盘龙洞石笋发光性特征及其古环境记录的初步研究

洞穴次生化学沉积物的发光性的研究可以提供分辨率更高的古环境变化信息。桂林盘龙洞一石笋发光性的研究表明，该地区在３．２～１．１万ａ之间普遍处于干冷条件下，而且微层发光谱线表明在此阶段仍存在多次次一级气候变化。在１．１３万ａ左右，谱线值突然由低升高，在１．１０万ａ后，在不断变化中逐渐上升，这可能是新仙女木事件（１．１３～１．１万ａ）在该地区的记录。此外，通过发光性记录与稳定同位素记录和微量元素记录的对比，其变化趋势基本一致，且具更高的分辨率。因此，洞穴次生化学沉积物发光性的研究可能会提供一个地区分辨率更高的古     

古气候变化的石笋同位素记录研究——以桂林盘龙洞为例

本文以桂林盘龙洞的研究工作为例，选择大型石笋剖面，在沉积学分析学研究的基础上，采用目前最先进的测年技术———ＡＭＳ１４Ｃ法，配合Ｕ系及稳定同位素地球化学综合手段，系统提取气候信息，建立了桂林地区３．６万ａ来气候变化的基本模式。该区末次冰期３．２～３．６万ａ时，年平均气温最低８～９℃。全新世在总的暖和、潮湿气候背景下，可划分出由暖到冷的３个气候旋回，每个旋回持续约３０００ａ左右，暖期年平均气温高于现今３～４℃，冷期低于现今３℃左右，可鉴别的次一级冷期可与我国５０００ａ物候记录资料进行对比。     

湖北清江榨洞石笋中可溶硅的测定及其古气候意义研究

洞穴石笋蕴含着丰富的古气候信息，其正确解译有赖于各类古气候替代指标的开发，应用改进的硅钼兰分光光度法测定湖北清江榨洞石笋中痕量可溶硅，探讨其古气候指示意义。结果表明，石笋中可溶硅含量记录了岩溶地下水的硅酸组成，后进反映了气候控制下土壤的化学风化作用。因而，石笋可溶硅是一个潜在的古气候（特别是古湿度）替代指标。     

湖北清江石笋的碳氧同位素组成及其古气候意义

测定经铀系法和1 4 C法精确定年的石笋 (Z 2 )的碳氧同位素组成 ,探讨它们对古气候的指示意义。研究结果表明 ,研究区石笋碳酸盐氧同位素主要组成反映了地表水的氧同位素组成 ,受气候的两要素———气温和湿度控制 ;碳同位素组成则反映当地的植被面貌 ,即C3和C4植物的比例 ,间接指示古湿度。洞穴石笋稳定同位素的定量解译尚需进一步研究。     

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。

     

疏松质石笋碳酸盐的精确微区取样

高分辨率极端气候事件是古气候研究中的一个热点。作为重要的古气候信息载体之一的石笋,以其每年几十到几百微米的生长速率,为提取高分辨率古气候代用指标提供了可能。而可靠的微区取样则是石笋高分辨率分析的重要前提。本文利用美国New Wave微区取样装置,对微区取样技术在石笋碳酸盐中的应用进行了探讨。在年层并非平直的疏松质石笋表面,于40 μm取样步长内,成功获得了平均质量约为100 μg的石笋微区分析样品。所获得的年内分辨率样品可同时提供微量元素分析和稳定同位素分析。重点讨论了石笋微区取样过程中必须注意的样品固定和取样参数设置等关键问题,提供了有效收集石笋微区样品和避免样品交叉污染的方法。     

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。     

末次冰期短尺度气候突变事件:西南地区石笋记录的证据

本文研究了广西和贵州 3个大型石笋的δ1 8O及δ1 3 C记录 ,末次冰期晚期所揭示的 10 2 ～ 10 3 a级的冷跃变事件 ,其时限为 11.4～ 12 .4kaB .P .,14.5kaB .P .,2 0kaB .P .,2 7kaB .P .,36～ 37kaB .P .及 41kaB .P .等。可与北欧和北大西洋的新仙女木及Heinrich型气候波动事件逐一对比 ,这些短周期的气候突变事件 ,时限上的各种记录可能有差异 ,也许是测试方法和测试对象的不同带来的误差 (包括测试误差 )。具有全球意义的一些气候突变事件 ,如果在发生的时间上都具有同时性 ,那么这种短期突变事件发生的动力机制问题 ,是否是目前人类尚未识别出来的天文因素的驱动 ,值得今后进一步研究。     

中全新世云南寻甸地区气候演化与冷干事件的石笋记录

通过对云南寻甸XR1石笋进行TIMS-U系测年、氧碳同位素和沉积速率变化分析,重建了寻甸地区中全新世季风气候演化模式:(1)8.0～6.0 ka BP为温暖湿润期;(2)6.0～5.1 ka BP为气候突变期,温湿向冷干转变;(3)5.1～2.1 ka BP为气候恢复期,气候从冷干逐渐恢复到中全新世正常的气候水平.XR...     

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.