湖北神农架年纹层石笋记录的YD与8.2 ka事件转型模式研究

基于青天洞两支年纹层石笋QT16和QT40高分辨率δ18O序列,重建了Younger Dryas(YD)和8.2 ka期间季风突变细节过程。结果显示,亚洲季风强度在YD和8.2 ka事件内部并不稳定。在年层时标控制下,季风强度在YD早期最弱,随后缓慢上升,其间叠加三次百年尺度次级振荡;在8.2 ka期间,季风强度整体较弱,内部出现一次持续40 a左右的强季风事件,曲线形态类似"W"结构。运用"方差法"和"RAMPFIT"法分析显示,在两事件开始,季风衰减均表现出缓慢特征(转型时间占据事件整体历时的40%~50%),但在结束期间季风迅速增强,相似变化模式得到了同区其他石笋记录的支持。与格陵兰冰芯记录对比发现,尽管高、低纬气候在两事件结束时段变化特征基本类似,但在两事件开始,亚洲季风衰减过程却显著长于北高纬气温变化。与低纬记录对比显示,热带水文变化在两事件开始阶段均表现出与亚洲季风基本一致的演化趋势,表明亚洲季风的突变过程可能具有鲜明的低纬特色。这些细节差异若得到更多高分辨率地质记录验证,将有利于进一步认识亚洲季风对突变事件的响应方式及其动力学机制。     

东亚季风气候对Heinrich2事件的响应:来自石笋的高分辨率记录

据湖北省神农架天鹅洞一支石笋11个230Th年龄和254个δ18O数据,建立了28.5～22.0kaB.P.同位素分辨率平均约30a的东亚季风气候变化序列。该石笋δ18O曲线与南京葫芦洞石笋记录在重叠时段基本一致,说明本区石笋δ18O反映了区域性东亚季风经向环流特征。在24.3kaB.P.左右,石笋δ18O明显正偏,持续时间近1ka,指示一次显著的弱夏季风事件,与北大西洋倒数第二次冰漂碎屑事件(Heinrich2)同步发生,可视为东亚季风气候对H2事件的响应。高分辨率的δ18O序列揭示了H2事件的内部结构特征:(1)事件发生的突变性,石笋δ18O记录指示事件发生时在100a内δ18O从-8.59‰迅速正偏为-6.75‰,振幅达1.84‰;(2)事件结束的渐变性,δ18O正偏到-6.75‰后便以阶梯状缓慢负偏到-8.86‰至事件结束,持续时间近900a。这一过程与末次盛冰期东亚季风气候H1事件表现的季风强弱转换方式基本一致,说明末次盛冰期东亚季风气候H型事件具有共同的内部结构特征。研究表明,末次盛冰期东亚季风气候H事件的突变可能受北大西洋驱动并经青藏高原冰川变化放大。     

石笋记录的东亚季风气候H1事件突变性特征

据TIMS-U系测年和年纹层计数, 建立了南京汤山葫芦洞一支石笋年际分辨率时间标尺(纹层计数年17451~14417 aBP). 石笋高分辨率氧同位素曲线揭示末次盛冰期东亚季风气候十年至百年尺度高频气温振荡特征, 从中识别出响应于北大西洋最后一个Heinrich(H1)事件的特强寒冷事件. 该事件开始于16140±100 aBP, 并在此后36年内降温7~8℃. 研究表明, 事件所呈现的突发性降温形式以及跌宕式回暖过程(事件内部有10个冷暖旋回, 并持续793 a)主要受北半球中纬地区日辐照能背景、北大西洋冰漂碎屑带的扩张以及低纬太平洋海表温度变化诸因素的控制.     

石笋记录的百年尺度水文、土壤过程及其与太阳活动的关系

基于黔西南雾露洞高分辨率石笋同位素记录,重建了62.0～58.2 ka BP和20.9～15.5 ka BP期间亚洲夏季风水文历史和洞穴岩溶环境变化过程。两支石笋(Wu58和Wu60)实测16个~(230)Th年龄和966组氧、碳同位素数据。结果显示,深海氧同位素3阶段(MIS 3)早期和2阶段(MIS 2)期间,千年尺度δ~(18)O变化非常显著,而δ~(13)C则在稳定的背景值下,呈百年尺度波动。去趋势发现,δ~(18)O指示的百年尺度弱季风事件与δ~(13)C指示的土壤CO_2产率衰减过程变化一致。两组同位素变化呈相似的百年尺度波动,共同周期约300 a,说明本区域土壤CO_2产率变化与百年尺度亚洲夏季风变化密切相关。在变化幅度上,δ~(13)C的振幅远大于δ~(18)O(约1.5～3.5倍),表明碳同位素变化对于气候响应具有放大效应,或者δ~(13)C与δ~(18)O变化具有不同的地球化学行为。通过与大气~(14)C、冰芯~(10)Be记录对比,发现百年尺度季风强弱及岩溶过程变化与太阳活动指标具有相似性,说明太阳活动对百年尺度季风强弱和土壤CO_2产率起到主控作用。可能的途径是,太阳活动通过海-陆热力差,影响夏季风强度和当地土壤湿度水平,并经生态效应进一步放大。然而,在百年尺度上,δ~(18)O振幅仅为0.4‰,远小于千年尺度变化(1.5‰)。因此,千年尺度亚洲夏季风突变的诱发因子可能不直接受控于太阳活动,需要其他驱动因素或者气候系统内部放大机制来解释。     

中全新世东亚季风年至10年际气候变率:湖北青天洞5.56～4.84ka B.P.石笋年层厚度与地球化学证据

中全新世年至10年际东亚季风气候变率及其动力学机制有助于深入了解当今全球气候变暖的自然变率贡献.本文基于湖北青天洞一支石笋的铀系年龄、年纹层计数、氧同位素和微量元素测量结果,建立了中全新世5.57～4.84ka B.P.时段平均分辨率为3～4年的东亚季风气候和洞穴地点环境演变序列.石笋年纹层由冬季亮色薄层和夏季暗色厚层组成,对应冬、夏季节层的δ18O和δ13C正负漂移与现今冬夏降水和岩溶环境同位素值变化基本吻合.然而,元素比值(Mg/Ca和Sr/Ca)揭示了冬夏季风降水与岩溶作用的复杂响应过程.在10年际尺度上,石笋氧同位素记录了3次间隔200年左右的弱季风事件,分别发生于5.56～5.50ka B.P.,5.26～5.20ka B.P.和5.01～4.94ka B.P.,每个事件大约持续60年,反映了太阳活动周期控制季风强度变化的频率.Mg/Ca和Sr/Ca比值与季风强弱变化不存在明显的对应关系,但其功率谱具有200年和40年左右周期,说明东亚季风气候和岩溶环境过程之间既有共同的控制因素又有不同的演化机理.     

“8.2ka”事件的湖北神农架高分辨率年纹层石笋记录

基于湖北神农架青天洞1支长179mm石笋的8个230Th年龄、890条纹层和445个氧同位素数据,建立了早全新世8.8 ～7.9kaB.P.时段平均分辨率为2a的亚洲季风气候记录.结果显示,8.34～8.10kaB.P.期间石笋δ18O明显正偏,指示了一次持续约240a的弱夏季风事件.该弱夏季风事件与同期格陵兰冰芯记录的中心事件(在8.21kaB.P.,持续70a)及淡水注入模拟结果基本一致,表明“8.2ka”事件与淡水注入导致的大西洋经向翻转流减弱或关闭有关.然而,“8.2ka”事件发生前约120a,亚洲季风已开始逐渐减弱,与太阳活动明显减弱时间相对应,据此推测太阳活动可能对“8.2ka”事件具有一定的触发作用.     

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。     

洞穴石笋指标量化研究进展

洞穴石笋因分布广、可精确测年、δ18O信号可进行区域对比等优势逐渐成为重要的陆相地质载体.然而,由于量化研究不足,δ18O气候环境意义解译尚处于经验化阶段,特别是亚洲季风区石笋δ18O指标解释存在诸多争议.本文试通过总结已有石笋δ18O、δ13C、微量元素、年层厚度等指标量化研究成果,石笋生长机理模拟实验及相关技术方法,分析其存在问题.结合其它地质材料量化方法,从现代器测资料校准、多指标开发、集成树轮材料等方面提出加强现代监测,促进机理研究,定量认识现代洞穴石笋年～季节尺度沉积旋回与洞穴环境关系,建立量化经验模型,以发挥石笋年代学优势,推动区域或全球对比.     

YD事件突变特征及其前兆信号

气候突变前兆信号对研究气候突变爆发方式、特征、细节过程以及未来气候预测有着极为重要的学术价值及社会意义．青天洞具有年纹层特征的石笋δ^18O记录显示,在新仙女木（YoungerDryas,YD）事件结束期间,季风约在11年内完成转型,但在结束前（11．64ka BP-11．54kaBP）,季风变化存在2个数十年尺度次级波动,历时约97±7年．该期季风强度颤动与此前YD内部季风变化相比呈现低幅、高频特征,在整个过程中季风强度总体保持上升．且在11．59kaBP后显示出自相关增强．这些特征与最近洱海湖泊生态系统突变前频繁波动特征类似,说明高频、低幅波动可能反映不同动力系统接近其临界值,可作为突变的前兆信号．     

新仙女木(YD)事件区域特征及动力机制研究新进展

新仙女木事件(Younger Dryasevent,YD事件)为末次冰消期发生的快速降温事件,作为典型突变气候事件,它一直是国际古气候关注热点,其研究的开展促进和深化了科学界对千年尺度突变气候事件的理解和认识。近年来,随着高分辨率地质记录涌现,YD事件时空差异性日益突出。对比和认识这些区域之间事件细节结构及转型模式异同有助于甄别其相位关系,探讨不同环境快速重组对高、低纬突变气候事件的响应方式,进而验证早期驱动—响应假说,为其动力学机制建立及未来相似边界条件下气候预测提供基本地质证据和理论模型。本文从YD事件区域响应方式入手,通过总结和对比模拟研究及地质记录,对YD事件已有研究存在的争议进行回顾,提出有待加强的研究区域和未来研究方向。