中国南方石笋氧同位素记录的重要意义

中国南部石笋氧同位素记录记载了重要的气候变化信息。应用石笋氧同位素记录时首先需要考虑检验石笋的平衡结晶生长,特别是重复性检验,以排除可能的偶然性或地方因素。中国南部重复性很好的南京葫芦洞和贵州董歌洞石笋氧同位素记录主要代表了当时的降水氧同位素信息。两洞的记录都显示,在冰期或冰段时期降水的氧同位素比间冰期或间冰段时期明显偏重。受夏季风强弱变化的控制,与目前亚洲季风降水氧同位素的季节变化相对应,在间冰期或间冰段时,ITCZ偏北,降水以夏季风的大规模大气环流下的对流降水为主,其氧同位素较轻;相反地,在冰期或冰段时,ITCZ偏南,降水以夏季风爆发前的锋面降水为主,其氧同位素较重。虽然尚有其他许多影响因素,亚洲季风的变化应是影响中国南部石笋氧同位素在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上变化的主导因素。但在更小的尺度上(例如小冰期),石笋氧同位素记录的解释则需要谨慎。虽然下最终结论为时尚早,但作为亚洲季风的两个组成部分的东亚季风和印度季风很可能是同步的,至少在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上是如此。基于上述研究,进一步提出亚洲夏季风强段/弱段的概念(AsianSummerMonsoonInterstadial/stadial,或ASMI/ASMS),其在上个冰期中与格陵兰冰芯间冰段/冰段一一对应     

南京葫芦洞石笋生长速率及其气候意义讨论

一支连续发育4?000年纹层的末次盛冰期葫芦洞石笋的年际生长速率与高分辨率δ¹⁸O曲线对比分析表明,年际生长速率在不同时间尺度上对年均温和地表有效湿度的变化有着复杂的响应关系。对该洞内持续发育3~4万年的两支单体石笋实测了33个²³⁰Th年龄,其生长曲线显示MIS 2比MIS 3阶段平均生长速率增大了40%以上。以5000年为步长的同一洞穴17支石笋生长频率支持平均生长速率的研究结果,说明在轨道尺度上较大的石笋生长速率并不完全指示较暖湿的气候条件。作者认为,年际尺度的连续生长速率是决定石笋平均生长速率的关键因素。盛冰期条件下本区洞穴内外的温差效应导致了24~14ka B.P.年际尺度的石笋连续生长。     

末次冰期南京石笋高分辨率气候记录与GRIP冰芯对比

对采自南京汤山洞穴一支长400余mm的石笋进行了高精度TIMS-U系定年和氧碳同位素测试,建立了末次冰期中晚期(54000～19000aBP)中国东部高分辨率的古气候变化时间序列.从石笋氧同位素变化曲线中,不仅检出东亚夏季风降水史中的Heinrich事件,而且首次发现了末次冰期东亚夏季风活动区气候变化同样存在着Dansgaard-Oeschger旋回,与极地GRIP冰芯记录有良好的对比关系.但明显的差别主要有(1)中国东部气候变化的干冷化趋势十分明显,由石笋氧同位素曲线构成的连续4个Bond旋回,迭覆在末次冰期长期变冷的气候背景上,可能与青藏高原MIS3阶段特强夏季风事件有关;(2)石笋气候曲线反映的干冷事件与GRIP冰芯中的对应事件存在1000～2000a的相位差,似有必要考虑不同测年方法相互校正问题.     

应用自然伽玛测井曲线反演2.85 Ma B.P.来古气候变化

根据柴达木盆地东部3000 m以上钻孔的物理测井自然伽玛曲线, 对760 m连续岩芯多项古气候代用指标(孢粉统计、自生碳酸盐含量和氧同位素)作了分析, 在详细的沉积年代学计算基础上进行对比, 建立了2.85 Ma来盆地古气候的变化曲线. 将曲线划分为115个气候段, 并进行了轨道调谐, 可以同大西洋ODP659孔氧同位素气候曲线和中国黄土2.50 Ma来的黄土-古土壤气候旋回进行较好的对比.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

南京葫芦洞石笋微量元素记录的末次冰消期气候变化

采用Avaatech型岩芯X射线荧光光谱扫描仪技术,对发育有连续3900年纹层(18.3～14.4ka B.P.时段)的南京葫芦洞YT石笋进行了Sr,Ba和Pb微量元素分析.选择Sr/Ca,Ba/Ca和Pb/Ca作为代用指标,研究了末次冰消期洞穴地点岩溶水文条件和气候变化特征.Ba/Ca和Pb/Ca值从大约17.5ka B.P.开始呈现出减小的趋势变化,而Sr/Ca呈现出在大约16.1ka B.P.发生转折的“V”型演化趋势.Sr/Ca反映了岩溶水在上覆围岩中的滞留时间(与夏季降水相关),而Ba/Ca和Pb/Ca指示了土壤及其基岩的本底值和淋滤作用强度.Sr/Ca比值与纹层厚度、δ13C记录在数百年-千年尺度上呈现一致的变化,共同指示了南京葫芦洞地点有效湿度的变化过程,与δ18O的对应性表明葫芦洞石笋δ18O可以指示当地季风降雨量的变化过程.此外,石笋Ba/Ca和Pb/Ca与格陵兰粉尘和Ca2+记录在长期趋势上呈现一致变化,表明该类元素比值主要反映与冬季风强度密切相关的粉尘活动强度变化.研究结果表明,东亚冬、夏季风对神秘期内发生的冰漂碎屑事件(H1a,16.1ka B.P.和H1b,17.5ka B.P.)具有不同的响应方式.Ba/Ca和Pb/Ca序列的功率谱分别呈现出66a、35a、23a、14a和61a、46a、22a、19a、17a、15a周期,说明北大西洋涛动和太阳活动影响着冬季风强度的高频变化.