倒数第二次冰期晚期东亚季风气候演变的石笋δ18O记录

基于南京洞穴2支石笋的11个230Th年龄、658个氧碳同位素分析数据,建立了倒数第二次冰期晚期(155-128 kaBP)东亚季风高分辨率的气候演化序列。在岁差尺度上,石笋δ18O记录与65°N夏季太阳辐射量曲线变化基本一致,说明北纬夏季太阳辐射对该地区气候演变起宏观调控作用。石笋δ18O变化曲线千年尺度上显示了8个明显的峰谷变化,δ18O值平均变幅约为1.5‰,平均频率在2 ka左右,十分类似于末次冰期东亚季风Dans-gaard-Oeschger旋回,说明东亚季风气候在末次冰期的千年级不稳定波动也可能存在于更久远的冰期过程中,冰期气候的不稳定性很可能是第四纪冰盖、大尺度海洋/大气环流共同作用的结果。     

本溪王家崴洞10500～5000aBP石笋记录及区域气候意义

基于典型东亚季风区辽宁省本溪市2支石笋样品(W6与W4),通过9个230 Th年龄和386个氧同位素数据,重建了10 500～5 000aBP期间平均分辨率为12～34a的氧同位素时间变化序列。研究时段石笋δ18 O相对振幅为2.0‰,在平均值约-8.5‰上下波动,指示了早全新世东亚季风强度的长期趋势变化和百年尺度振荡信息。相同时段本溪王家崴洞、湖北三宝洞、贵州董哥洞石笋δ18 O记录对比结果表明,全新世石笋δ18 O长期增加趋势类似于北半球太阳辐射能量变化曲线,但东北地区石笋δ18 O大约在10 500a已达到最大值,早于长江流域以南地区约1 000a,这可能表明全新世亚洲季风降水并不同步变化,可能与热带、亚热带季风系统差异响应于区域大气环流有关。功率谱分析W6石笋δ18 O时间序列发现其存在显著的225和91a的周期,与树轮Δ14 C周期(208和88a)基本一致,揭示了中全新世百年尺度东亚季风变化可能主要响应于太阳活动。     

贵州白骨洞石笋记录的全新世季风气候演化与突变

通过对贵州白骨洞BG1石笋13个230Th年龄的测试和390个氧同位素数据的分析,建立了12.8~3.3kaBP数十年尺度的亚洲季风降水序列,其长期演化趋势与北纬33°夏季日辐射能量曲线基本一致。石笋δ18O记录指示10.5~5.8 kaBP为本区气候湿润期,此后进入季风降水衰退期。在12.8~10.1 kaBP时段,平均分辨率为37 a的石笋降水记录与格陵兰冰心气温记录具有良好对应关系:(1)两者在新仙女木事件(YD)的变化细节及突变特征上表现出良好的一致性;(2)由YD事件向全新世转换的过程中两者都表现为3个阶梯式上升阶段,这种一致性有可能说明热带海气耦合驱动了北半球气候突变事件。在7.0~3.3 kaBP时段,平均分辨率为15 a的石笋δ18O序列记录了5次较为显著的降水减少期,可分别对应于冰心记录中的5个冷事件,高低纬气候的相似性可部分归因于太阳活动的影响。     

辽宁暖和洞石笋δ13C对全新世气候变化的生态响应

基于辽宁暖和洞年层石笋NH5的7个230 Th年龄和962个碳同位素数据,建立了10.6～3.5kaBP时段全新世气候及生态演化的δ13 C序列,其长期演化趋势与北大西洋海表温度变化基本一致。该记录表明,10.6～8.8kaBP,δ13 C值逐渐负偏,由-9.4‰降至-10.3‰,气候逐渐转暖湿;8.8～6.7kaBP,δ13 C值负偏显著,平均值为-11.3‰,此时,气候温暖湿润,对应于全新世适宜期,纹层计数显示其持续时间约为1 945a;6.7～3.5kaBP,δ13 C值显著正偏,由-11.3‰升至-8.3‰,干旱化趋势明显。石笋δ18 O时间序列显示出相似的变化趋势。在6.7kaBP前后,δ13 C、δ18 O均快速正偏,纹层计数显示约在40a内完成气候由暖湿到冷干的突变转型,可能是由于北大西洋海表温度降低和植被-大气系统的反馈作用对太阳辐射减少具有放大效应。     

最近千年来山东半岛西部气候环境变化的石笋δ~(18)O、δ~(13)C记录(Ⅰ)

Ky1石笋采自山东半岛西部的开元洞,沿生长轴方向长度75mm。在高精度U-230 Th测年基础上,通过年纹层连续计数和平均沉积速率内插/外推相结合的定年方法,确定Ky1石笋生长于892—1894AD的1 000年间。在沿石笋生长轴采集的583个样品中,选择303个进行了δ18 O、δ13 C测试,平均分辨率约为3年。结果显示,最近1000年来Ky1石笋的δ18 O比值变化呈现明显阶段性,显示与小冰期(LIA)和中世纪暖期(MWP)对应的数百年尺度波动。根据δ18 O记录,山东半岛在1482AD前后发生与MWP/LIA转换对应的气候突变,1 482AD前相当于夏季风强烈、降水较多的中世纪暖期,1482AD后则为夏季风微弱、降水较少的小冰期,以1609AD夏季风最弱。Ky1石笋的δ13 C比值变化,也由与MWP、LIA相当的两个阶段构成,其间也存在突变关系。比较而言,δ13 C变化要比δ18 O显著平缓,而且LIA后期以来二者变化明显不同步。最近1 000年来,与MWP/LIA对应的气候突变相当于明朝中期;就各个朝代内部的气候变化趋势而言,不同朝代之间不尽相同;不同朝代之间的更替期均大致与MWP、LIA内部的次级气候突变时期对应。因此,中世纪暖期和小冰期内部的次级气候波动对中国社会发展的影响,可能比千年尺度上最剧烈的MWP/LIA突变本身更显著。另一方面,洞穴所在山地的土地利用程度不断提高,其与气候变化共同影响着洞穴所在山地的植被的C3/C4植物构成及土壤性质,从而影响到石笋δ13 C比值。从892—1318AD,土地利用对山地植被构成、土壤特征的影响程度尚不及气候变化;1318—1479AD,已达到或超过小幅度的气候变化;1483—1779AD,达到或超过大幅度的气候变化;1779—1894AD,土地利用程度趋于稳定,气候变化对环境的影响程度则又相对凸显。     

黔西南雾露洞石笋记录的MIS 3晚期亚洲季风变化和南北极气候的联系

基于贵州雾露洞石笋(WU3)9个230 Th年龄和1 317个氧同位素数据,建立了39.1～29.2 kaBP平均分辨率为10a的亚洲夏季风强度变化序列,揭示了深海氧同位素3阶段(MIS3)晚期千年一百年尺度亚洲夏季风演变过程.雾露洞和葫芦洞石笋δ18O记录在重叠时段具有很好的重现性,表明石笋δ18O记录可反映大尺度区...     

MIS3以来黄土高原东南部石笋阶段性沉积记录的夏季风演化

基于山西龙洞8个铀钍年代和100个氧同位素数据(δ~(18 )O)重建了深海氧同位素(MIS)3阶段以来东亚夏季风演化历史。石笋L8沉积并不连续,主要生长在58.0~54.5,27.1~18.0和6.8~3.9kaBP 3个阶段。不同于季风边缘区其他洞穴记录,石笋δ~(18 )O值在24.5kaBP突然增加1‰,表明MIS2早期内陆地区经历了一次显著的弱季风过程,可能响应于北大西洋Heinrich 2事件。石笋δ~(18 )O序列伴随着轨道尺度太阳辐射的变化,晚全新世δ~(18 )O值持续偏重意味着低纬热带辐合带逐步南移,导致北方地区夏季风降水持续减少。Dansgaard-Oeschger(D-O)15事件具有明显的双峰结构,与格陵兰冰心记录的亚千年尺度温度波动几乎同步变化。     

末次冰消期临沂石笋微量元素记录及其气候意义

结合山东临沂LY石笋(发育年代17~11.4ka BP)δ18 O记录,分析了LY石笋微量元素变化特征、影响因素及其指代的气候环境变化信息。LY石笋Sr/Ca、238 U和(234 U/238 U)0变化与石笋δ18 O记录、65°N夏季太阳辐射曲线在千年尺度上变化趋势一致,较好地保存了末次冰消期早期气候环境由冷干向暖湿过渡的信息。Heinrich Event 1时期(17~14.7ka BP),石笋Sr/Ca比值和238 U含量表现为相对高值,(234 U/238 U)0表现为相对低值;Blling-Allerd时期(14.7~12.7ka BP),石笋Sr/Ca比值和238 U含量迅速减少至低值,(234 U/238 U)0呈逐渐增加的趋势;Younger Dryas时期(12.7~11.4ka BP),石笋微量元素无明显波动,Sr/Ca比值和238 U含量表现为相对低值,(234 U/238 U)0表现为相对高值。研究认为LY石笋Sr/Ca比值主要受与降雨量相关的渗流水滞留时间、水-岩相互作用和先期碳酸盐沉淀的影响,可以指示外界降雨量的变化。LY石笋238 U和(234 U/238 U)0则主要受与有效降水量有关的洞穴上覆土壤湿度和氧化还原条件的影响,大气粉尘活动可能是导致石笋238 U、(234 U/238 U)0变化与δ18 O曲线不完全协同的原因。此外,LY石笋Sr/Ca和(234 U/238 U)0变化可能还受石笋生长速率的影响,具体影响机制还有待进一步研究。     

阿勒罗德至新仙女木早期气候转型特征

湖北神农架青天洞QT17石笋的3个U-Th年龄和持续1440a的纹层计数序列提供了13.5～12.1kaBP期间平均4a分辨率的δ18O东亚季风强度记录。该记录与Cariaco盆地纹泥灰度记录显示阿勒罗德至新仙女木早期气候呈现低幅振荡特征,而格棱兰GISP2和GRIP冰心温度记录在同时段则呈现大幅高频振荡。4个记录的气候转型时间在测年误差范围内基本一致,一定程度上说明北半球高低纬千年尺度气候事件同步变化。然而,该期间东亚季风气候转型持续时间近550a(纹层计数年),而大西洋气候记录仅有230～400a,可能由于季风气候降水同位素部分受来自海洋水源同位素的影响。     

盛冰期数十年尺度东亚季风变化的洞穴石笋记录

据湖北青天洞和南京葫芦洞石笋9个230Th年龄和430个δ18O测试数据,建立了18.4～14.4 kaBP平均分辨率7～8 a的东亚季风时间序列.在共同生长时段(17.5～16和18.4～17.5 kaBP),两个洞穴石笋给出了数十年尺度几乎完全一致的δ18O信号,证明了石笋δ18O记录可靠地反映了大尺度区域性季风环流及其水气同位素分馏变化.17.7和16.1 kaBP左右,石笋δ18O值明显正偏,振幅达2‰,指示两次显著的弱夏季风事件,与北大西洋冰漂碎屑事件H1b和H1a同步发生,可视为东亚季风气候系统对北大西洋H1事件的一种响应,18.3～17.7 kaBP期间,东亚季风区存在强季风降水事件,平均强度相当于Bφlling暖期的1/2,最湿润时甚至接近于Bφlling暖期降水强度,可能与北大西洋经向翻转环流的强度变化有关,这一强降水事件内部干湿旋回变化周期与Gleissberg太阳活动周期极为吻合.     

湖北三宝洞石笋238U值变化的古气候意义

通过对湖北三宝洞17支石笋160个测年样品的铀同位素数据分析,发现过去18万年以来石笋238 U值长尺度变化与其δ18 O记录有一定的负相关关系,与西太平洋海表温度变化具有良好的正相关。石笋238 U值在间冰期波动剧烈,而在冰期波动相对平缓,在冰期—间冰期转型时238 U值"爆发式"增大。在轨道尺度上,高浓度238 U对应于石笋平均生长速率的高值期,而低浓度值对应于生长速率的低值期。上述结果表明与外界气候变化相关的洞穴上覆土壤的成壤过程和岩溶水文变化可能是控制石笋238 U含量变化的主要因素,石笋238 U可以作为一个新的洞穴气候环境代用指标,但仍须谨慎对待。     

61～50kaBP亚洲季风百年尺度气候振荡的黔西南石笋记录

12个U/Th年龄测试结果显示,黔西南普安县雾露洞长度分别为667mm和830mm的两支石笋覆盖了61～50kaBP时段。据两支石笋999个δ18O数据建立了平均分辨率达15年的亚洲夏季风强度变化序列。雾露洞δ18O记录揭示了4个振幅达1.7‰的千年尺度季风增强事件,对应于格陵兰冰心DO17—DO14事件。在总体特征上,该记录峰谷振荡特征及振幅与贵州董歌洞、南京葫芦洞记录一致,进一步证实亚洲季风区大气降水同位素组成变化在大范围空间内具有一致性。在百年尺度上,亚洲季风区石笋δ18O清晰记录了MIS3早期6个DO亚旋回事件,而且在更短时间尺度上具有类似高纬气温振荡特征。这种低纬季风系统与北高纬气候变化的耦合关系表明,大气环流快速重组和传输可能是连接高低纬DO旋回及亚旋回气候变化的主要纽带。     

黔西南石笋记录MIS3/2阶段百年尺度季风演变和H事件特征

基于黔西南雾露洞石笋(Wu32)12个230Th年龄和371个氧同位素分析,获得了末次冰期29～20.8 kaBP分辨率约20年的亚洲夏季风演变序列.该石笋δ18O时间序列与南京葫芦洞记录在重叠时段基本一致,更为详细地记录了深海氧同位素3阶段向2阶段(MIS3/2)转换时期亚洲夏季风强度的变化过程.MIS3/2转换期季...     

神农架140～124 kaBP百年尺度东亚季风降水的石笋记录

基于神农架山宝洞SB28石笋230Th年龄和氧同位素数据,建立了140~124 kaBP百年尺度的东亚季风降水序列,其长期演化趋势与北纬33°夏季日辐射能量曲线基本一致。山宝洞SB28石笋与董哥洞D4石笋δ18O曲线呈现出整体一致的特征,证实了亚洲季风降水同位素组成变化具有广泛的区域意义。末次间冰期129.5~124.3kaBP季风降水具有百年尺度高频振荡特征,功率谱分析周期有525、228和207 a,类似于全新世大气△14C残差百年尺度周期,表明末次间冰期亚洲季风强度的变化仍然受太阳活动的影响。在倒数第二次冰期向末次间冰期转换时,北半球太阳辐射可能触发了全球末次间冰期全盛期的开始。     

57～48万年前东亚夏季风的神农架石笋记录

应用MC-ICP-MS和MAT-253质谱技术,实测神农架山宝洞一支长达1.2 m石笋(SB32)的3个230Th年龄和236个氧同位素数据。在年龄误差范围内,运用天文轨道调谐方法重建了570~480 kaBP时段百年至千年际分辨率东亚夏季风降水记录。该记录跨越4个完整的岁差旋回,在岁差周期上石笋δ18O平均振幅达4‰。研究时段内东亚夏季风轨道尺度变化仍然受太阳辐射的控制。石笋记录的深海氧同位素阶段MIS14/13转换过程与末次冰消期具有类似特征。一系列千年尺度事件叠加在岁差周期夏季风变化趋势上,表明千年尺度气候变化是地球气候系统内部自我维持的固有频率,可能属于海-陆-气相互作用的结果。     

亚洲季风区石笋氧同位素环境机理研究进展

洞穴石笋作为古气候研究重要载体之一,其氧同位素指标运用极为广泛,逐渐成为低纬甚至全球古气候变化的参比标准。然而,已有研究对洞穴碳酸盐沉积δ18 O气候意义的解译存在很大差异,包括洞穴温度、降雨量、降雨过程、大气环流模式等,亚洲季风区相关研究的分歧尤其突出,至今仍未统一。因此,洞穴古气候学界必须加强现代观测等机理研究,探明石笋δ18 O各种控制因子及其相互关系,充分发挥其气候地层学方面的优势,进一步促进区域间和全球气候对比。     

鹤庆孔碳酸盐记录与深海δ18O和黄土粒度记录的对比

通过天文调谐确定鹤庆孔时间标尺的基础上,对鹤庆孔碳酸盐含量曲线、深海δ18O曲线和黄土粒度曲线进行对比分析。结果显示:在中更新世转型过程中,鹤庆碳酸盐记录早于深海δ18O和黄土粒度记录,由此推测青藏高原隆升在中更新世转型中发挥重要作用。鹤庆碳酸盐含量曲线与深海δ18O曲线整体上对应较好,推测全球冰体积变化在西南季风演化中发挥重要的作用。     

末次冰盛期山东半岛高分辨率气候环境变化

末次冰盛期是末次冰期以来地球表面最寒冷的时期。通过对山东半岛地下画廊溶洞石笋DXHL3进行高精度230Th定年和高分辨率氧-碳稳定同位素分析，重建了该地区23.2～18.8 ka时期高分辨率夏季风气候环境变化历史。结果发现，山东半岛末次冰盛期夏季风气候存在显著的千年尺度波动；REDFIT分析表明，氧、碳同位素值均存在显著的2.2 ka周期。末次冰盛期山东半岛总体处于冷干状态，具体又可细分为4个阶段，即冷干（23.2～22 ka）-相对暖湿（22～21 ka）-冷干（21～19 ka）-相对暖湿（19～18.8 ka）。石笋DXHL3的δ18O变化趋势总体上与亚洲季风区内其他石笋记录相似，也与西太平洋暖池婆罗洲的石笋记录类似。这反映了末次冰盛期西太平洋暖池气候环境变化可能对山东半岛的夏季风气候变化产生了重要影响，推测西太平洋暖池表层海水温度变化引起的大气环流和黑潮的变化，是将气候环境变化信号从低纬地区传递到中高纬地区的纽带。     

深海碳酸盐岩心天然热释光变化特征

东北印度洋赤道90°E海岭和孟加拉扇MD81349,MD77181岩心记录了30万a来气候变化的历史.分析发现浮游有孔虫壳体(方解石晶体)的天然热释光变化与δ18O反映的冰川旋回存在着良好的一致性:天然热释光强度的增大与间冰期对应,降低与冰期对应.对MD81349岩心天然热释光时间序列的频谱分析结果显示热释光的显著周期为99,46,23,20和11ka,其中99,46,23,20ka分别与天文学周期中的地球轨道偏心率周期100ka,地轴倾斜度(黄赤交角)周期54,41ka,太阳辐射年度差异的岁差周期23,19ka接近,这表明地球冷暖交替与太阳辐射强度周期性变化密切相关,在不同海水温度条件下结晶形成的方解石晶体的热释光强度差异显著,因而有孔虫壳体积存的热释光能够反映地球气候的变化.     

南沙海区沉积物剩余磁化强度与古气候旋回

根据南沙海区NS87-11柱样沉积物Mr(剩余磁化强度)的变化曲线与δ~(18)O(氧同位素)变化曲线平行对比,发现Mr的波峰、波谷与δ~(18)O揭示的古气候变化的波峰、波谷相对应。表明南沙海区沉积物的Mr记录了暖→冷→暖古气候旋回变化的特征,反映了全球性气候变化的波动周期。微体古生物分析结果可以证实这一特征。这预示海洋沉积物的Mr不仅可作为探索古气候变化的重要标志,而且可能成为第四纪磁性地层对比、划分的依据。