洞穴次生碳酸盐稳定同位素古气候重建研究进展

近年来,洞穴次生碳酸盐沉积物因其有着湖泊沉积物、泥炭等无法比拟的测年优势,日渐成为陆地古气候重建的良好研究材料.通过铀系定年,可以获得过去60万年来精确的日历年时间序列,突破了其他陆地沉积物14C定年(5万年)的瓶颈.氧碳同位素作为洞穴石笋的古气候待用指标具有全球对比性,由于其高精度独立的时间标尺和无需校正同位素信号日渐成为其他气候记录对比的基石.在同位素平衡分馏条件下,石笋δ18O反映了当地气候的变化,在季风区一般反映降雨的变化,在欧洲则更多反映温度的变化.通过石笋1δ8O与北大西洋冰漂碎屑事件以及甲烷的对比关系,可以将海洋钻孔和两极冰芯的记录调谐到独立时间标尺的石笋记录上,进而可以探讨全球联系及其驱动机制.影响石笋1δ3C变化的因素比较复杂,一般在轨道尺度上指示了植被类型C3/C4比率的变化,而在更短时间尺度内主要受到土壤CO2活力的影响,进而可以反映当地降水和温度的变化.尽管洞穴石笋研究工作取得了较大进展,但仍然有诸多机理问题尚未解决,在介绍洞穴沉积物稳定同位素古气候重建研究现状的基础上,对今后的研究方向进行一定的探讨.     

青藏高原西部昂拉仁错古湖岸钙华沉积的地球化学特征及环境意义

通过对青藏高原西部昂拉仁错湖古湖岸阶地钙华常量地球化学元素的分析,探讨了钙华沉积的常量元素特征及其古环境意义.结果显示:钙华中CaO含量达34.75％～58.48％,是其主要组分;此外还含有少量的MgO,K2O和Na2O等,其含量低于3％,是湖泊自生作用形成的矿物.与湖泊古水位对比显示,元素Mg的含量及Mg/Ca比值等对湖泊水位的响应没有明显规律性;在古湖面高度约4777±5m之上,K2O和Na2O的含量低并且稳定,在古湖面4777±5m之下,K2O和Na2O的含量随湖白水位下降逐渐增加.结合现代湖泊钙华的沉积特征,结果显示K2O和Na2O的含量随湖泊盐度增加而增加,表明钙华中K2O和Na2O含量与湖泊水位可能呈反相关关系,是潜在的重建湖泊水位或盐度的代用指标.同时发现,在湖白相对淡化阶段,湖水中的元素K和Na处于富集阶段,钙华中K2O和Na2O含量低且稳定;而当湖泊进入咸水阶段,湖水中的K+和Na+离子接近饱和,钙华中的元素K和Na逐渐富集,因此钙华中K2O和Na2O含量增加是湖泊进入咸水阶段的重要特征.基于这些事实,推断当该湖泊水位降至4777±5m左右时,湖水的性质开始向钠-氯型转化,是昂拉仁错湖泊演化过程中的一个重要转折点.     

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。     

典型厄尔尼诺期间台风降水δ18O变化分析: 以2018年22号台风“山竹”为例

台风因其特殊的物理结构, 带来的降雨有别于一般的暴雨事件, 其降水稳定同位素组成与一般的大气降水事件也有较大的差异。本文根据2018年第22号台风“山竹”登陆前后广州、东莞两地气象资料和每小时间隔的降水样品收集, 分析了此次台风在两地的降水稳定同位素变化特征及其影响因素。台风“山竹”影响期间, 广州降水δ¹⁸O值变化范围为-5.7‰~-19.2‰, 变化幅度达13.5‰, 其平均值为-15.5‰; 东莞降水δ¹⁸O值变化范围为-7.3‰~-20.0‰, 变化幅度达12.7‰, 平均值为-14.8‰; 两地降水δ¹⁸O值均呈现为3个阶段倒U型的变化特征。受到蒸发作用的影响, 两地台风前端和尾端的降水氧同位素值相对偏正, 其中广州为-5.7‰~-9.3‰, 东莞为-7.3‰~-8.1‰。两地台风中端的降水稳定同位素值极端偏负, δ¹⁸O值变化范围分别为-16.0‰~-19.2‰(广州)和-13.0‰~-20.0‰(东莞), 是该地区迄今为止已报道的最为偏负的降水δ¹⁸O值。分析认为, 在厄尔尼诺状态下生成的远源台风“山竹”强度增强, 其内部具有更强的对流和水汽循环过程, 导致降水δ¹⁸O值极端偏负。     

福建仙山泥炭距今1400 a以来的α-纤维素δ13C记录及其气候意义

基于对福建屏南仙山泥炭沉积物中物理化学性质十分稳定的α-纤维素的提取及其碳同位素分析,重建了研究区距今1 400 a以来的气候演化历史。研究结果显示：仙山泥炭钻孔中α-纤维素δ¹³C值的变化范围为-26.6‰~-11.3‰,其大幅度的波动特征主要与区域降水控制的盆地沉积环境变化有关,当降水偏多时盆地积水形成类似湖泊的水下沉积环境,沉积物中有机质主要来源于δ¹³C值偏重的沉水植物;反之则以δ¹³C值偏轻的沼泽植物为主。依据AMS¹⁴C测年的结果,距今1 400 a以来研究区经历了气候偏湿（AD 600~910年）-偏干（AD 910~1640年）-偏湿（AD 1640年至今）3个变化阶段。在数十年至百年时间尺度上,纤维素δ¹³C记录中出现的降水减少时期与太阳活动极小期（中世纪极小期、欧特极小期、沃夫极小期、史波勒极小期、蒙德极小期和道尔顿极小期）一一对应,两者呈现正相关关系,揭示太阳活动的减弱是控制研究区降水减少的主要因素,为预测区域降水变化趋势提供了依据。