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南中国海与东南极中晚全新世气候环境变化记录与研究方法探索

刘毅  
【摘要】:随着全球气候环境恶化,特别是极端气候事件频发,气候环境学者越来越重视古气候,古环境的重建工作,希望以此揭示气候环境变化规律和演化机制,为预测未来环境气候变化提供参考和应对方案。古气候古环境的研究也就被列为国际地圈生物圈计划的核心内容之一。近年来,古气候研究证实了气候变化过程中存在地球轨道参数变动造成的冰期/间冰期旋回(即米兰科维奇周期),还发现了气候变化存在千年、百年、甚至十年的周期或准周期。相对于动辄万年的轨道尺度和构造尺度变化,人们倾向于关注与人自身寿命周期相当的气候变化规律,也就是气候系统内部的变化规律。因此,提高古气候古环境研究的时间分辨率,寻找无扰动和高分辨的古气候载体以及正确解读其古气候意义是目前古气候研究中热点和重点。 本论文关注与人类文明密切关联的中晚全新世的气候环境变化,以南中国海西沙群岛和东南极拉斯曼丘陵的湖泊沉积柱为研究载体,运用生态地质学的研究方法和原理,提取了其中多种古气候替代性指标,剖析和探讨了这些指标的环境气候意义。 本论文的主要研究内容及研究结果如下: 1.东岛湖泊沉积物中陆源粉尘替代性指标及其古气候意义 以南中国海东岛牛塘沉积柱(DY6)为研究对象,通过其表层210Pb、137Cs和底层颖果AMS14C定年结果,并结合平行柱之间平均粒径随深度变化趋势的比对校正,构建沉积柱相对准确的年代框架。地质背景考察、沉积柱岩性分析、无机元素聚类分析和显微镜下分析结果显示,Ti能够很好的指代沉积物中陆源粉尘通量变化。通过重建过去1400年西沙海域粉尘沉降历史可知,西沙粉尘通量在中世纪暖期(1000-1300AD)表现为相对高值,而在小冰期(1400-1850AD)出现相对低值,这与作为远源粉尘重要源区的中亚西风气候区干湿状态变化过程一致。 利用NSAR/NCEP水平风场再分析数据合成的差值水平风场揭示了850hPa高度东亚冬季风南下支在冷冬年份反而较弱。差值风场还显示热带西太平洋上升流在冷冬年份较强,在阻碍了粉尘沉降的同时,这种强上升流趋势很可能能持续到同年夏季,从而与热带La Nina态的热带大气耦合模式相符合。通过与同期中东太平洋降雨历史比较,发现西沙陆源粉尘指代的东亚冬季风模态与ENSO关系紧密。西沙粉尘记录反映了高纬度地区气候要素(西风、西伯利亚高压)与低纬度大气环流之间的内在联系和全球气候系统的协同一致性。 2.东南极湖泊沉积物中生物标志物——气候环境指示计 对东南极拉斯曼丘陵莫愁湖沉积柱(ZH,111cm)进行了有机地球化学研究,在沉积柱30-36cm和68-111cm深度阶段性检出长链烯酮,通过谱图和组分比例分析,探讨了莫愁湖长链烯酮可能的母源藻类种属及其喜盐特性。我们认为沉积柱中不同层位长链烯酮的阶段性检出,与该地区因相对海平面变迁以及气候冷暖变化所导致的湖泊盐度的改变关系密切。综合年代学测试结果发现,莫愁湖在6450-4800cal yrB.P期间可能受到了海水侵入作用的影响;而在3700-3500cal yrB.P.时期,拉斯曼丘陵气候条件冷干,湖水由于净蒸发,盐度增加。这与拉斯曼丘陵地区其他古气候研究结果取得一致。并通过Zink等的UK37经验公式,恢复得到长链烯酮有检出阶段拉斯曼丘陵地区夏季温度的变化趋势。 正构烷烃的研究结果表明,莫愁湖优势水生植物种属在历史时期没有大的变更,虽然以C23为主峰的植物比以C27为主峰的植物更适应冷干气候,但是气候的变化并没有造成湖中主体植物替代性竞争。正构烷烃总量的变化记录了全新世中晚期拉斯曼丘陵地区气候环境的演变过程。结果显示拉斯曼丘陵地区在3700-3500cal yr B.P,4900-4700cal yr B.P和6000-5600cal yr B.P气候处于相对干冷时期,与其他气候记录取得一致。


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