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~(230)Th年龄和188个氧同位素数据,获得了29. 13～27. 94 kyr B. 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δ~(18)O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δ~(18)O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δ~(18)O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δ~(18)O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δ~(18)O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。     

闽西仙云洞石笋记录的Heinrich2事件年龄及亚旋回特征

选取福建西部仙云洞石笋（XY Ⅲ-28）,通过利用U系定年和氧碳同位素测试方法分别对9个U/Th年龄和301个氧同位素样品进行分析,从而建立了26.33~22.98 kyr B.P.期间平均分辨率为11 yr的东亚夏季风演化序列。该石笋记录最显著的特征是在24.09~23.39 kyr B.P.时段内δ18O偏正,振幅为0.7‰,对应于北大西洋显著的Heinrich2（H2）突变事件。根据主要变化过程中间点的位置可以标定H2事件的起止时间分别为24.09±0.06 kyr B.P.、23.39±0.07 kyr B.P.。XY Ⅲ-28石笋记录的H2事件内部呈现出明显的百年至十年际尺度的"两谷一峰"结构的亚旋回特征。这种百年至十年际尺度的亚旋回事件在H1事件、新仙女木事件以及小冰期等内部同样存在,表明这些千年尺度极端变冷事件内部气候也是不稳定的,可能受控于相同的驱动因素。仙云洞石笋记录与高低纬古气候记录对比发现,南北半球呈现反相位关系,即"see-saw"模式。     

贵州石笋记录的中晚全新世东亚夏季风变化

研究全新世典型气候突变事件的内部结构及区域特征,有助于明晰季风气候突变事件的成因机制。通过对贵州七星洞石笋14个高精度²³⁰Th定年和779个氧同位素数据的分析,重建了过去6 380～2 700 yr B.P.时段平均分辨率达4.7年的东亚夏季风演化序列。该石笋δ¹⁸O值整体上呈逐渐偏正的特征,指示中晚全新世以来东亚夏季风持续变弱的趋势。叠加在此长期季风减弱变化趋势上,最为显著的百年尺度振荡主要发生在4 548～3 715 yr B.P.时段,对应于4.2 kyr B.P.事件。该记录与同区域董哥洞石笋δ¹⁸O记录一致,均显示在此事件内部并非持续干旱,而是具有两次显著的季风强降雨期。相似的季风强降雨期在我国北方气候记录中也有体现。在更大的空间尺度上,这种4.2 kyr B.P.事件的内部结构特征与澳洲—印度尼西亚(澳—印)季风区的石笋记录结构相对应,但呈显著的反相位耦合关系,证实了亚洲与澳—印季风间的动力学联系。此外,该事件结构与ENSO记录的耦合暗示了4.2 kyr B.P.事件的发生可能与热带太平洋密切相关。     

中国湖相碳酸盐岩时空分布与碳氧同位素特征*

湖相碳酸盐岩产状多样,多以夹层形式分布在碎屑岩剖面中,也见以结核或钙质微体化石等薄层赋存于泥岩、页岩等碎屑岩中,具有层数多、单层薄、呈韵律性变化等特点。受构造背景、物源输入和古环境等因素控制,中国湖相碳酸盐沉积最早出现于二叠纪,主要发育时段为古近纪,具有沉积时间跨度大、分布面积广的特征。湖相碳酸盐岩按成因可分为原生沉积型、成岩改造型和热液喷流型3类。中国湖相碳酸盐岩的碳氧同位素特征可揭示原生和成岩过程中水介质环境的差异性: (1)δ¹³C和 δ¹⁸O 密切相关,且δ¹³C多正偏,指示封闭型咸水、半咸水湖泊环境;(2)δ¹³C和 δ¹⁸O 无相关性,且δ¹³C多负偏,指示开放型湖泊环境;(3)δ¹³C严重正偏,指示成岩作用时发酵带的环境受到古细菌参与的甲烷生成作用的影响。     

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...     

MIS 3晚期东亚季风强度和DO事件年龄

基于神农架山宝洞石笋(SB46)的9个230Th年龄和326个氧同位素数据,建立了末次冰期32.2～26.7kaB.P.和17.0～15.4kaB.P.的东亚季风降水序列。该序列和同一洞穴全新世石笋记录的对比发现,在MIS3晚期东亚季风区可能存在极强夏季风降水事件,相当于全新世季风强度,可能与岁差旋回太阳辐射及海陆水汽潜热释放增强有关。与葫芦洞石笋δ18O记录和格陵兰冰芯δ18O记录对比表明,东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应。山宝洞石笋年龄与葫芦洞石笋和格陵兰冰芯时标(SS09sea)在定年误差范围内基本一致,但山宝洞石笋与冰芯记录在DO事件的年龄、波形和持续时间上更为一致,不仅进一步说明了低纬季风气候与极地气温同步变化,而且有效地弥补了葫芦洞记录在这一时段的不足。     

亚洲夏季风DO12气候事件的响应模式

亚洲季风气候响应的Dansgaard?Oeschger（DO）事件模式是目前古气候研究的热点之一,其是否表现为单一模式,还是存在多种模式仍有争议。基于山西龙洞13个铀钍年代和239个氧同位素（δ18O）数据重建了末次冰期48~41 ka B.P.时段东亚夏季风演化历史。石笋L2清晰记录了H5、DO12和DO11等千年尺度气候事件,其变化特征与亚洲其他石笋记录呈现出良好的一致性,并与格陵兰冰芯记录一一对应,表明高、低纬之间紧密的气候联系。在DO12事件过程中,L2 δ18O值先是持续偏轻后又逐渐变重,指示亚洲夏季风强度持续增强后略有减弱,与格陵兰冰芯记录的温度持续降低模式迥异;不同区域记录对比发现,亚洲夏季风和热带低纬水文过程响应的DO12事件过程表现为不对称倒“V”形,这可能与南大洋潜热释放及越赤道气流强/弱变化、低纬热带辐合带逐步北进/南退有关。     

重庆南川三汇场寒武系碳酸盐岩中不同期次大气淡水作用的证据

多期构造叠加及多种成岩环境下的早古生代碳酸盐岩储集层形成机理十分复杂。重庆南川三汇场剖面寒武系碳酸盐岩出露完整,是研究沉积与成岩史的理想解剖点之一。研究表明,三汇场剖面寒武系白云岩分别经历了早期海水胶结、大气淡水淋滤、准同生白云岩化、中浅层埋藏、中期构造大气水作用、中晚期埋藏及热液作用和构造晚期表生大气水成岩作用,不同期次的大气淡水作用特征不同。在早成岩期,沿向上变浅的高频层序界面附近发育了鲕模孔、窗格溶孔等组构性溶孔,胶结物和充填物的δ¹⁸O、δ¹³C值均比同期海水负偏,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值与同期海水相近,不发光(CL),含有较小的液相包裹体;加里东晚期—海西期,发育了非组构扩溶孔洞缝,伴有氧化沥青,不发光充填物的δ¹⁸O、δ¹³C负偏、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值正偏,发育含烃的低温不混溶包裹体,并叠加后期的深埋藏及热液成岩作用;燕山期和喜马拉雅期, 发育孤立的非组构溶蚀孔洞、缝洞,多被巨晶方解石或黏土充填,方解石中δ¹⁸O、δ¹³C强烈负偏($\delta^{13}C_{PDB}$=-4.6‰~-23.4‰,$\delta^{18}C_{PDB}$=-8.6‰~-17.8‰)、含有低温不混溶包裹体(<28.5℃),是有机质或生物甲烷(细)菌参于下的表生大气水成岩作用产物。     

神农架天鹅洞石笋76～58 kaB.P.时段DO事件

据神农架高海拔天鹅洞一支石笋9个230Th年龄和332组氧、碳同位素数据,建立了76～58 kaB.P. Dansgaard Oeschger (DO)事件时间序列,揭示了深海氧同位素4阶段(MIS4)东亚季风降水百年尺度变化过程。天鹅洞和葫芦洞石笋、格陵兰NGRIP冰芯δ18O对比显示,天鹅洞记录DO18事件暖湿程度相当于深海氧同位素3阶段(MIS3)水平,其振幅类似于格陵兰冰芯δ18O记录。起始时间上,天鹅洞记录DO18事件在710年230Th测年误差范围内和葫芦洞记录保持一致,并支持了NGRIP冰芯记录对应时标。在全球降温背景下,如此典型DO事件指示了强季风降水过程。70 kaB.P.左右,冰芯DO19事件至少老于石笋记录约950年,远大于700年左右的230Th测年误差,对老于该时段的冰芯时标需高分辨率地质记录进一步验证。69.09～64.64 kaB.P.（ DO19ˊ~18）期间,冰芯记录的百年尺度峰谷变化和天鹅洞石笋记录一一对应,反映了低纬热带海洋和北大西洋温盐环流之间耦合作用。     

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。     

Precise dating of the Dansgaard-Oeschger event 4 and its sub-cycles: Evidence from a stalagmite from Xianyun Cave in Longyan City,Fujian Province

The Dansgaard-Oeschger event 4(DO4 event) is a significant warming event that occurred in the late Marine Isotope Stage 3. At present,there are different understandings about the detailed characteristics and internal structures of the DO4 event. Based on 6 precisely-dated ²³⁰Th ages and 188 oxygen isotope data of a stalagmite(No.XYⅢ-28)from the Xianyun Cave,Fujian Province,we present δ¹⁸O time series with an average resolution of 7 yr from 29.13 to 27.94 kyr B.P. Our new stalagmites δ¹⁸O records uncover the detailed processes of the DO4 event. The onset and end time of the DO4 event recorded by the stalagmite δ¹⁸O is 28.83±0.06 and 28.46±0.06 kyr B.P.,respectively, and the duration is 0.37±0.06 kyr. Differential with abrupt change of NGRIP ice core δ¹⁸O record at the onset of DO4 based on the GICC05 layer count time scale,the Xianyun Cave δ¹⁸O shows a relatively slow change. The Xianyun stalagmite δ¹⁸O values negatively shift by 0.4‰ within 145±60 yr,which indicates that the Xianyun Cave was likely affected by the ocean-atmosphere coupling of the tropical. In addition,the Xianyun stalagmite δ¹⁸O reveals a series of sub-million-scale summer monsoon enhancement events in and around the DO4 event,corresponding to the NGRIP ice core δ¹⁸O record and the Arabian Sea basin record. Our results suggest that the East Asian summer monsoon is related to the north-high latitude temperature and the ITCZ position changes on the sub-millennium-scale event.     

A stable isotope record from freshwater lake shells of the eastern Tibetan Plateau, China, during the past two centuries

Lake Xingcuo is a small, closed, hardwater lake situated in the eastern Tibetan Plateau. Stable isotope data (δ¹⁸O and δ¹³C) from the freshwater snail Gyraulus sibirica (Dunker) in a 34-cm-long, radioactive isotope-dated sediment core represent the past 200 years of Lake Xingcuo environmental history. Carbon and oxygen isotope ratios in the shells of the snail yield information on the isotopic composition of the water in which the shell was formed, which in turn relates to climatic conditions prevailing during the snail's life-span. Living and fossil shells from Lake Xingcuo were collected. δ¹⁸O values in the living shells from Lake Xingcuo are in equilibrium with ambient waters, while δ¹³C values may trace snail dietary carbon. On comparing δ¹⁸O and δ¹³C in the shell of Gyraulus sibirica with monitored data for the period 1954-1995, we found that the δ¹⁸O composition in the shell is an efficient proxy revealing air temperature during the warmer months from April to September. There is a positive correlation between the δ¹⁸O in the shells of Gyraulus sibirica and the running average temperature of the warmer months. Climatic variability in the eastern Tibetan Plateau for the past two centuries has been inferred from the δ¹⁸O record from the freshwater snails in the sediments of Lake Xingcuo. As such, the last 200 years' palaeoclimatic record for this region can be separated into three periods representing oscillations between warm and cool conditions consistent with the Guliya ice record in the Tibetan Plateau.     

塔里木盆地中央隆起区上寒武统—下奥陶统白云岩地球化学特征及白云石化流体演化规律*

以详细的岩石学研究为基础,综合利用碳、氧、锶同位素等地球化学资料,深入分析了塔里木盆地中央隆起区上寒武统—下奥陶统白云石化流体演化规律以及白云岩成因机制。结果表明,上寒武统白云岩主要由泥晶—粉晶白云岩、微生物白云岩和(残余)颗粒白云岩等原始结构保留较好的白云岩构成,其C、Sr同位素与同期海水相近,O同位素值偏正,属于同生/准同生期与轻微蒸发海水有关的白云石化的产物;下奥陶统白云岩以细晶自形—半自形白云石为主,原始结构保留差,其C、Sr同位素与同期海水近似,但O同位素值略微偏负,主要为浅埋藏期白云石化的产物。部分早期白云岩在中—深埋藏过程中受埋藏重结晶和构造—热液白云石化的影响,形成细晶—粗晶他形白云岩和缝洞鞍形白云石充填物,该阶段白云石化流体主要来自于地层内封存的海源流体、深部热液以及蒸发岩层间热卤水,多期多源流体的共同作用导致该类白云岩具有较宽的Sr同位素组成和明显负偏的O同位素值。总体上,研究区白云岩具有早期形成(近地表到浅埋藏期大规模交代)、中期加强(中—深埋藏期部分重结晶)、晚期改造(热液局部调整)的整体演化趋势。     

早全新世季风演化的高分辨率石笋δ18O记录研究--以河南老母洞石笋为例

基于豫西老母洞LM2石笋8个高精度230Th年龄,449个氧碳同位素,建立了达十年际分辨率的8.2~10.9 ka B.P.亚洲季风变化的δ18O记录序列.老母洞石笋δ18O值最为偏负达-12.0‰,最偏正为-8.2‰,振幅达3.8‰.早全新世10.13~10.9 ka B.P.时段内,河南西部老母洞石笋和东石崖石笋,陕西九仙洞C996-2石笋δ18O曲线揭示该时段内季风稳定,而中国南方的衙门洞石笋、三宝洞石笋和极地冰芯GRIP记录揭示该时段季风逐渐增强;同时季风达到顶峰的时期也不相同,进一步说明中国南北方早全新世10.13~10.9 ka B.P.时段季风演变过程的差异,可能与中国南北方气候的响应机制有关.从早全新世平均分辨率10年的LM2石笋记录中识别出8.2 ka,9.5 ka,10.2 ka和10.9 ka显著弱季风事件,尤其是8.2 ka和9.5 ka事件.对比分析老母洞与已发表的高分辨率石笋δ18O记录发现:石笋所揭示的某些冷事件发生时间在亚洲季风区存在差异,主要表现在事件内部变化特征及趋势上.LM2石笋δ18O曲线并没有明显记录9.3 ka弱季风事件,而是在9.3~9.6 ka B.P.左右记录了一个弱季风事件,与DSY09(2009)、Y1、HS-4记录相似,表明在该时段内存在季风的减弱事件,但是氧同位素传输的复杂性,使其在南北方表现不同.此外,在LM2石笋δ18O的8.2 ka B.P.开始时段,氧同位素曲线阶段性下降,且变幅达3‰,与Zhang等研究万象洞石笋提出的“中国8 200阶段”吻合,表明中国北方地区的8.2 ka事件是阶段性的事件,而南方的石笋氧同位素记录揭示的8.2 ka事件并未表现出阶段性特征,其原因有待于更多北方高精度石笋记录来进一步研究.LM2石笋氧同位素记录进行功率谱分析发现:在短尺度上季风变化与太阳活动密切相关,这与近年来对早全新世极端气候变化研究的驱动机制是一致的,早全新世亚洲季风的演化与太阳活动变化引起的太阳辐射能量的变化和北半球高纬气候的变化状况有关.     

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。