中國(guó)青藏高原東部石筍氧同位素記錄的氣候變化研究.pdf

1、中國(guó)青藏高原東部洞穴石筍氧同位素記錄的氣候變化研究由于器測(cè)記錄太短(約150年)，使得我們?cè)诹私膺^(guò)去氣候、研究當(dāng)代氣候和預(yù)測(cè)未來(lái)氣候的變化規(guī)律方面產(chǎn)生極大的不確定性．為此，這次研究的目的是從中國(guó)青藏高原東部萬(wàn)象洞(33°19′47″N，105°00′19″E，1200 ma.s.I.)方解石(石筍)記錄中挖掘出精確定年的過(guò)去氣候變化的最近2000年期間和海洋氧同位素5階段(MIS 5)的高分辨率的穩(wěn)定氧同位素記錄． 石筍記錄很好

2、地適用于高分辨率的古氣候重建．由于它們總體上非常純凈、保存完好，以非常高的分辨率生長(zhǎng)層記錄了古環(huán)境替代數(shù)據(jù)，而且能夠用<'230>Th方法精確定年．中國(guó)青藏高原東部是連接青藏高原與黃土高原的紐帶，非常復(fù)雜的氣候體系構(gòu)成了全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，處在亞洲季風(fēng)系統(tǒng)的交互作用的影響之下；而且這個(gè)地區(qū)的氣候和水文模式非常復(fù)雜并且難以模擬．因此，需要有更精確和詳細(xì)的氣候替代數(shù)據(jù)． 前人研究的結(jié)果在亞洲季風(fēng)區(qū)表現(xiàn)為間冰期或問(wèn)冰段內(nèi)亞洲季

3、風(fēng)的強(qiáng)度增加，而在冰期或冰段內(nèi)季風(fēng)強(qiáng)度降低的這樣一種總體模式，而在較短的時(shí)間尺度上的研究存在眾多不確定性．這篇論文的目標(biāo)是在詳細(xì)研究具有不同海拔高度的三個(gè)洞穴(黃龍洞、萬(wàn)象洞和黃草洞)內(nèi)現(xiàn)代水-碳酸鹽氧同位素體系的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了最近1810年來(lái)氧同位素記錄的亞洲季風(fēng)變遷的真實(shí)模式、幅度及其原因，MIS 5期間亞洲季風(fēng)變化與北半球高緯度Greenland極地冰芯δ<'18>O記錄南半球石筍記錄的關(guān)系，得出以下結(jié)論： 1．為了評(píng)

4、估從化石石筍方解石穩(wěn)定同位素的變化(δ<'18>O)中獲得的高分辨率的古氣候記錄的潛力，系統(tǒng)完成了中國(guó)青藏高原東部具有不同海拔高度的黃龍洞、黃草洞和萬(wàn)象洞三個(gè)洞穴的現(xiàn)代水-碳酸鹽的穩(wěn)定同位素體系研究．所研究的洞穴水和當(dāng)?shù)亟邓畼悠返摩?'18>O和δD直接落在地方性的大氣水線上，表明洞穴水的δ<'18>O和現(xiàn)代降水的δ<'18>O之間存在密切的關(guān)系．通過(guò)洞穴滴水的δ<'18>O和現(xiàn)代管狀鐘乳石方解石的δ<'18>O和碳酸鹽古溫度等式，計(jì)算

5、出萬(wàn)象洞的內(nèi)據(jù)洞口最遠(yuǎn)處洞穴溫度為12.0℃，處于所測(cè)量的洞穴溫度(10.99℃)和武都年平均溫度(14.4℃)之間；對(duì)于黃龍洞內(nèi)，計(jì)算出的洞穴溫度為6.9℃，接近于黃龍洞5月與9月季風(fēng)降水占優(yōu)勢(shì)期間所測(cè)量的洞穴平均溫度(6.2℃)．說(shuō)明這兩個(gè)洞穴內(nèi)的現(xiàn)代石筍形成在同位素平衡和/或準(zhǔn)平衡條件下，大約平均在2℃范圍內(nèi)它們的同位素組成密切地反映了洞穴所在地地表平均溫度和滴水組成的變化．在這個(gè)地區(qū)，溫度的變化可能對(duì)化石石筍δ<'18>O值的影

6、響很小，萬(wàn)象洞、黃龍洞和黃草洞中的石筍δ<'18>O記錄主要由降水或者是季風(fēng)變化所控制． 2．呈現(xiàn)出從甘肅武都萬(wàn)象洞收集的石筍(WX42B)記錄的最近1810年來(lái)平均2.5年分辨率高精度<'230>Th絕對(duì)定年的氧同位素組成所反映的亞洲季風(fēng)變遷的歷史．在AD 1951-1984期間的30多年內(nèi)WX42B的δ<'18>O記錄與當(dāng)?shù)仄鳒y(cè)降水資料具有良好的相關(guān)性，萬(wàn)象洞石筍δ<'18>O值的變化主要受西南(印度)季風(fēng)帶來(lái)的降水量效應(yīng)所

7、控制，受溫度的影響比較弱，至少在5年尺度上石筍δ<'18>O的輕重變化主要反映了季風(fēng)降水δ<'18>O的信息，代表西南季風(fēng)環(huán)流的變化．近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，萬(wàn)象洞石筍的氧同位素組成具有逐漸變重的趨勢(shì)，即逐漸變得相對(duì)富集<'18>O，與亞洲季風(fēng)區(qū)其它地區(qū)的石筍δ<'18>O具有相同的變化趨勢(shì)，而且也與東亞、印度洋季風(fēng)指數(shù)所指示的季風(fēng)減弱趨勢(shì)相一致，與全球季風(fēng)指數(shù)密切相關(guān)．這種現(xiàn)代亞洲季風(fēng)的減弱趨勢(shì)主要是受太陽(yáng)輻射變化的影響，并緊密地匹配于高空平

8、流層的溫度變化． WX42B的長(zhǎng)期δ<'18>O時(shí)間序列含有4個(gè)明顯的偏負(fù)δ<'18>O段(AD 191-825，AD 950-1045，AD 1090-1315，和AD 1875-1984)和3個(gè)偏正的δ<'18>O段(AD825-950，AD 1045-1090，和AD 1315-1875)，它們分別代表了4期亞洲季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)期和3期亞洲季風(fēng)減弱時(shí)期．中世紀(jì)暖期(MWP)在AD 950-1315之間，持續(xù)465年，并在AD 1

9、045-1090出現(xiàn)強(qiáng)烈的季風(fēng)減弱期；跟隨的小冰期(LIA)發(fā)生AD 1315-1875之間，總體上表現(xiàn)為非常偏正的石筍δ<'18>O值，代表了減弱的夏季風(fēng)．每一期夏季風(fēng)的增強(qiáng)幾乎都以石筍δ<'18>O值的突然偏負(fù)開(kāi)始和逐漸變得偏正的結(jié)束為特征，指示了夏季風(fēng)的突然爆發(fā)和逐漸的減弱特性．萬(wàn)象洞內(nèi)1810年以來(lái)的季風(fēng)記錄與北半球溫度有一定的相關(guān)性．同樣地，石筍δ<'18>O記錄密切地匹配于太陽(yáng)的輸出量，在黑暗冷期(DACP)和MWP期間的A

10、D 530、AD 950和AD 1090，突然性偏負(fù)的δ<'18>O值(夏季風(fēng)的突然加強(qiáng))和在LIA期間從AD 1615開(kāi)始的季風(fēng)的逐漸加強(qiáng)都對(duì)應(yīng)于<'14>C的最小值和/或太陽(yáng)調(diào)諧函數(shù)變化的極大值，表明最近2000年以來(lái)亞洲季風(fēng)的變遷不僅在百年尺度上而且在10年尺度上強(qiáng)烈地受控于太陽(yáng)活動(dòng)的變化．同時(shí)WX42B δ<'18>O記錄的亞洲夏季風(fēng)的周期性變化等時(shí)地與NAO相和北大西洋深水溫度變化遙相關(guān)，密切的聯(lián)系著由NAO驅(qū)動(dòng)的挪威大西洋環(huán)

11、流和北海北部水團(tuán)的更新，即降雨量突然增加．季風(fēng)突然加強(qiáng)和降雨量突然減少一季風(fēng)減弱分別對(duì)應(yīng)與海洋深水溫度的上升和降低．這種高緯度北大西洋氣候與中低緯度的亞洲季風(fēng)之間通過(guò)西風(fēng)帶的緊密結(jié)合，構(gòu)成了北半球太陽(yáng)-海洋-大氣之間偶合的氣候體系． 3．呈現(xiàn)出位于青藏高原東部甘肅武都萬(wàn)象洞石筍WXSM51和WXSM52提供的MIS 5階段(118-79ka B.P.)高分辨率的δ<'18>O記錄．研究表明，萬(wàn)象洞石筍δ<'18>O值與夏季風(fēng)強(qiáng)度

12、呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與我國(guó)西南部的貴州董歌洞石筍δ<'18>O記錄有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與高緯度的格林蘭NGRIP冰芯δ<'18>O記錄和65°N太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有很好的一致性，說(shuō)明萬(wàn)象洞石筍δ<'18>O記錄了118-79 ka B.P.期間亞洲季風(fēng)強(qiáng)度的變化，同時(shí)也說(shuō)明東亞季風(fēng)強(qiáng)度的變化和全球氣候變化同步，而且主要受控于北半球太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化．同時(shí)它與地中海碳酸鹽記錄有很好的相似性，和巴西石筍δ<'18>O記錄在千年尺度上表現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)

13、，說(shuō)明東亞季風(fēng)區(qū)、地中海地區(qū)以及巴西季風(fēng)區(qū)之間存在密切的聯(lián)系，指示了南北半球氣候在千年尺度上存在“蹺蹺板”(seesaw)現(xiàn)象.萬(wàn)象洞石筍δ<'18>O。記錄的MIS5b與MIS 5a突發(fā)性轉(zhuǎn)換，與NGRIP冰芯δ<'18>O。記錄相似，而與神農(nóng)架記錄存在差異，說(shuō)明萬(wàn)象洞地區(qū)對(duì)亞洲季風(fēng)強(qiáng)度的響應(yīng)更為敏感． 在這次研究中，萬(wàn)象洞石筍氧同位素記錄揭示的過(guò)去1810年以來(lái)和MIS5的亞洲季風(fēng)變遷的歷史，特別是極大地改善了目前亞洲季風(fēng)區(qū)