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黄土高原西缘石笋碳氧同位素记录的9-5.3ka BP期间气候变化研究

王江林  
【摘要】: 全新世是与人类密切相关的时期。人类从原始人演化为现代人,人类历史上的数次文明都是在这一时期完成,因此,这段时期的气候变化成为国际过去气候变化研究(PAGES)的重点。目前来自东亚季风区不同研究材料的古气候记录就其早中全新世的气候变化特征存在一些不确定性和争论。万象洞处于典型的亚洲季风系统交互作用的青藏高原东部地带,季风降水主要受控于亚洲印度洋季风,接近现代夏季风降雨的北部界限,洞内石笋碳氧同位素组成对季风的变化十分敏感,是研究气候变化的理想位置。在高精度230Th定年的基础上,本文对万象洞石笋WXB07-4碳氧同位素组成分析,高分辨率地重建了9-5.3ka BP期间的季风变迁和植被演化历史,并且初步探讨了该时段气候变化可能的驱动机制。全文主要得出以下结论: 1.WXB07-4石笋碳氧同位素组成变化趋势一致,表明植被变化快速响应气候变化;不过,在某些时段依然存在植被变化滞后于气候变化的情况,并且不能简单地认为这种滞后性在气候干冷时段较暖湿时段表现的更明显。 2.WXB07-4石笋碳氧同位素与阿曼南部Q5石笋、董哥洞DA石笋δ18O的比较,发现西南季风在本研究时段经历了减弱→加强→稳定→减弱的过程,具体表现为:9-8.3 ka,季风逐渐减弱,在8.3ka BP左右δ18O达到一个偏正极值;该时段植被变化对气候变化的响应比较敏感,C3/C4植被比例逐渐减小,植被密度与覆盖度也有微弱减小。8.3-7.8 ka,季风逐渐加强;在经历8.2ka事件最冷谷后C3/C4植被比例逐渐增加,植被密度和覆盖度逐渐变大。7.8-6.1 ka,为西南季风相对稳定的强盛期、降水丰沛时段;万象洞碳氧同位素组成的变化趋势以及波峰波谷对应一致,表明植被变化还是响应了气候变化,之所以碳同位素有大幅波动,可能是由于该时段同位素动力分馏作用相对明显。6.1-5.3ka BP期间,西南季风逐渐减弱、降水逐渐减少;C3/C4植被比例逐渐减小、植被密度与覆盖度逐渐减小。 3.WXB07-4碳氧同位素和董哥洞以及Qunf洞氧同位素记录显示的一系列冷事件件:①万象洞氧同位素记录的8.2ka事件(MW4)最冷谷定在8.35±0.06ka BP,与董哥洞、阿曼Qunf洞、GISP2冰芯、爱尔兰石笋、以及和尚洞石笋氧同位素记录在年代误差之内都是一致的。②7.25 ka BP左右的一次于冷事件(MW3),约持续170年:不过WXB07-4石笋的碳同位素记录的植被变化滞后于气候变化约100年。③6.25kaBP冷事件(MW2),WXB07-4石笋δ13C和阿曼Q5石笋δ18O以及董哥洞DA石笋δ18O记录一致,都显示该时段为一季风弱期,而在WXB07-4石笋δ18O中没有显示,可能是由于植被的变化可以和一些无机作用同向影响洞穴石笋的δ13C值,使得石笋δ13C对某些植被变化相关的气候信息记录较石笋518O更清晰。④5.6ka BP左右的冷事件(MW1)与DA记录的Bond4事件和Qunf洞氧同位素记录的季风弱期一致,与大西洋深海沉积记录的5.5-5.3ka BP全新世干冷事件相联系。 4.WXB07-4石笋氧同位素与重建的太阳黑子数序列对比发现,长期趋势上两者具有极大的相似性,9-5.3kaBP西南季风的逐渐减弱与太阳活动的逐渐减弱相对应;两者波峰和波谷对应一致,西南季风减弱期对应太阳活动减弱期,西南季风增强期同样对应太阳活动强盛期。可以认为,在百到千尺度上西南季风的演化与太阳活动强弱变化相关联。不过,8-7.2kaBP和6.2-5.6ka期间太阳活动与西南季风变化不一致,似乎又暗示我们,西南季风在百年尺度上除太阳活动之外还可能受到其他机制的驱动。 5.万象洞石笋δ18O与Cariaco海盆Ti含量记录体现出很好的一致性,表明:西南季风强弱变化与热带幅合带(ITCZ)平均位置的南北摆动密切相关,可以认为热带幅合带的南北移动可能对亚洲中低纬季风变化起到放大作用。 6.WXB07-4石笋δ18O与GISP2冰芯δ18O记录显示很好的反向变化趋势,体现出极低气温变化与西南季风之间很好的一致性,WXB07-4记录的几次冷事件如:5.6ka、6.25 ka、7.25ka以及8.2ka冷事件,在GISP2冰芑δ18O记录中也有很好的体现,并且在两个记录的年代误差范围以内是一致的,表明这些冷事件不仅在中低纬的亚洲季风区发生,可能具有全球性,其次说明,中低纬度的气候与极地高纬度气候存在遥相关。


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