中全新世神农架高分辨率的石笋气候记录

【摘要】：高分辨率的洞穴次生碳酸盐古气候记录在精确定年、解释古气候的千年振荡事件的内部结构以及十年至百年尺度的气候变化驱动机制等方面有着广阔的应用前景。一支来自湖北神农架青天洞穴190mm长的石笋(编号：QT9)通过~(238)U-~(234)U-~(230)Th体系测年以及纹层计数，被确定为生长于全新世大暖期鼎盛时期的6700～6100a BP时段，其形成过程洞穴环境条件相对稳定、沉积连续、年纹层厚度达到304μm，适合做多代理指标的高分辨率研究。 本论文着重对QT9的灰度指标、年层厚度指标和同位素指标进行了研究分析。①年层厚度指标：使用OLYMPUS公司的BX51型显微镜对平行于石笋生长轴的薄片进行镜下观察调整，然后在图像处理软件下测量厚度并记录。②年总灰度的提取：采用600Dpi的平板扫描仪对石笋剖面成像，尔后使用ENVI软件对图像进行数字化处理得到原始的灰度数据，根据年层厚度-深度关系逐层统计年内灰度和。③使用医用牙钻我们采集了186个粉样，在Finnigan MAT253气体质谱仪上进行稳定氧碳同位素比率测定，得到了183个可靠的同位素数据。在分辨率方面，年层厚度和年总灰度为年际分辨率，同位素指标达到2～4a的水平。 相关性检验发现，年层厚度曲线和年总灰度曲线之间有良好的正相关性，在年际尺度上两者的相关性达到0.49，采取7点平滑后达到0.77。Schulz谱分析表明年层厚度曲线和年总灰度曲线的主要周期相同，从而说明这2个指标所反映的是同一个气候要素。年层厚度指标指示次生碳酸盐的年沉积速率，一般上它与降水成正相关关系，反映降水的变化；而年总灰度指示土壤有机质的年产率，它受微生物活性的控制，而微生物活性与气候的湿润程度密切相关，也反映降水状况。从机制上说年层厚度指标和年总灰度指标都反映降水的变化是合理的。 研究区现代降水过程的δ~(18)O变化没有明显的降水量效应，温度效应也不十分突出。与格陵兰冰芯GISP2相比，QT9石笋的δ~(18)O指标与GISP2的正相关性比较明显，在研究时段两条曲线的主要峰谷具有良好的可对比性，可能说明QT9石笋的δ~(18)O曲线更多地反映气温的变化。目前公认δ~(13)C曲线反映洞穴上覆植被的变化，根据石笋δ~(13)C曲线特征笔者判断在6330a BP附近洞穴上方的植被带发生了更替，或者说植被带在海拔分布上出现了扩张，反映了气候向更暖湿的方向发展。关于这一点，年层厚度指标、年总灰度指标、氧碳同位素曲线所反映的变动是一致的，与相距23km的大九湖全新世孢粉记录的气候变化和植物群落变动基本相同。 小波分析在气候研究中有着广泛的应用。本文使用了Morlet小波变换分析，对降水代用指标和同位素曲线的周期分析在不同时域、频域作了有益的尝试，取得了令人满意的结果。在对同位素曲线进行多尺度小波变换分析发现，11a的太阳黑子周期在研究时域内为主要的气候周期；δ~(18)O曲线与代表百年尺度的太阳活动的树轮δ~(14)C及格陵兰冰芯~(10)Be通量变化比较一致，可能说明十年至百年尺度的气候变化由太阳活动所控制。