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神农架高海拔洞穴石笋古气候记录

刘殿兵  
【摘要】: 全球古气候研究目的是为了揭示过去气候变化的自然历程,探求其形成机制,预测未来人类环境走向。末次冰期是探索气候变化机制极为关键时段。作者从湖北神农架高海拔洞穴采集了一支发育于末次冰期晚期的石笋,进行高分辨率氧碳同位素气候信息研究,重建了长江流域中下游一带冬、夏季风环流变化过程,以期揭示东亚季风在全球气候变化中的地位和作用。 发育于松柏区海拔2200m天鹅洞内的SL石笋生长高度达1570mm。7个高精度TIMS测年结果显示其生长时段落在31~11kaB.P.期间,结合石笋沉积岩相学研究证实该石笋距顶1010mm处(相当于14474yrB.P.,外推年龄)存在7700年的沉积间断。因此,采用两段式(距顶0~1010mm层段和1010~1570mm)年龄内插建立该石笋生长时间标尺。在沿石笋生长中轴切开的光面上,按每毫米2个样点进行取样,隔样检测氧、碳同位素,共获取624组同位素数据。依据平均沉积速率计算,14474yrB.P.以来的层段其同位素样点分辨率达7年,而老于22200yrB.P.层段分辨率仅达30~40年。 石笋氧同位素气候曲线清晰地揭示了类似于北大西洋地区的千年-百年尺度气候事件,其中包括新仙女木事件、波令暖期、冰漂碎屑事件(H2、H3、由于生长间断未包括H1事件),表明东亚季风气候与极地气候有着驱动和响应关系上的联系,更为重要的是石笋高分辨率气候事件序列反映了这些突变事件的十年际变化过程和转型特征。YD事件内部叠加了十余次10~30年不等的冷暖颤动,Bolling暖期总体呈现由冷干向暖湿发展趋势,其中可以划分为三个暖峰和两个冷谷,H2事件表现为一个明显的冷谷中间夹一个持续500年的暖峰,H3事件在总体升温背景上叠加了10次近百年尺度的跌宕式冷、暖变化,GIS2存在持续时间稍有差异但温暖程度相当的两个暖峰。这些十年尺度的气候信息与格陵兰GISP2冰芯δ~(18)O记录有着良好的一一对应关系。进一步证实高北纬极地气候可以通过西风带和蒙古、西伯利亚高压系统传输到东亚东亚季风区。 指示地表植被更替的碳同位素,在对表征气候条件的氧同位素响应上存在50~850年不等的滞后效应,而且受区域因素的影响表现出多种水热配置模式,反映区域环境变化的复杂性。结合孢粉资料综合分析,本区植被在冷、暖气候期均以喜湿的木本植被为主,草本植被为辅。不同强度的冷、暖事件对两种植被的比例影响不同,降温幅度大、持续时间长的冷事件对植被面貌的建立和恢复过程影响力较大。 氧、碳同位素谱分析周期结果显示出1380年的特强Bond周期、以及420、300、200、192、126、120、96、80、78、60、40~50年等较多的太阳黑子活动周期和36年的现代器测周期,反映太阳辐射在东亚季风气候变化过程中占有相当大的份量,也说明东亚季风区对全球气候的响应方式有其独特的一面,可能具有多种驱动成分。


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