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亚洲季风环境的形成和演化是全球变化研究领域广泛关注但仍未根本解决的重大前沿科学问题。较长期以来我国古季风研究主要集中在东南季风区,对于西南季风(印度季风)区的情况研究较少。实际上后者对青藏高原隆升的响应更直接、更敏感,西南季风气候的形成、演化与青藏高原隆升息息相关。开展西南季风形成演化过程研究,揭示其时空变化规律,并与东南季风区的记录进行对比,对全面认识亚洲季风环境以及青藏高原隆升的气候环境效应无疑是极其重要的。基于以上目的,本研究以“中国大陆环境钻探计划”首钻--鹤庆深钻为材料,通过对深钻岩芯粒度、碳酸盐、烧失量和有机质碳同位素指标的分析,初步揭示鹤庆区域环境以及西南季风的演化过程;而后通过运用频谱分析和滤波分析方法,分析、探讨区域气候的轨道尺度演化特点。
1.鹤庆区域环境和气候的演化过程鹤庆深钻揭示了区域气候和环境2.78Ma的演化过程,通过对岩芯指标的综合分析发现,鹤庆湖区大致经历了以下演化过程:
2.8~2.5MaBP的青藏运动B幕使高原加速隆升,此幕隆升运动导致深厚高原季风形成,在对流层项形成强大的青藏高压,使西南季风加强,降水增加,因此鹤庆吉湖盆在2.654MaBP前后积水成湖。2.459~2.024MaBP间湖水稳定积累加深,2.024~1.55MaBP间湖水稍有变浅。
1.55~1.483MaBP岩芯中出现20m左右含砾石沉积,沉积速率突然增大,推测指示山盆高差的一次增大过程,可能受青藏运动C幕的影响。此后1.483~0.99MaBP间湖面呈现低-高-低的波动过程。
0.99~0.916MaBP岩芯指标显示湖盆周围高差再次加大,推测是对青藏高原昆黄运动的沉积响应。0.916~0.271MaBP间鹤庆古湖为较稳定的深湖期。0.271~0.121MaBP间湖面稍有变浅。0.121~0MaBP间曾出现深湖期,分析因共和运动的隆升使喜马拉雅山达到6000m的高度,成为西南季风北进的障碍,导致西南季风向北扩张的形式出现分流绕行,其东支气流顺着山脉走向更强烈的影响我国西南地区。
2.鹤庆区域气候的轨道尺度演化特点对鹤庆区域气候轨道尺度演化的分析结果显示:鹤庆区域气候的演化受天文动力的影响,其中岁差因素和斜率因素是驱动区域气候演化的重要轨道动力;且在整个演化过程中,由于北半球夏季太阳辐射与南半球潜热输出相位关系的不同,导致斜率周期的强度一直强于岁差周期。区域气候轨道尺度演化中,存在1.55Ma附近的转型和中更新世转型,分别与青藏高原的C幕隆升和昆黄运动期的隆升吻合,推测青藏高原隆升影响该区域气候的轨道尺度演化。此外,在区域气候演化中还出现54ka和30ka周期。
3.鹤庆沉积纪录与深海δ18O、黄土粒度纪录的对比分析在通过天文调谐确定鹤庆钻孔天文时间标尺的基础上,将鹤庆孔碳酸盐纪录与黄土粒度曲线、深海δ18O曲线进行对比,对比结果显示:
在1.55Ma之前鹤庆孔碳酸盐含量曲线总体变化趋势与深海δ18O曲线相似,推测此时全球冰体积变化已经影响西南季风演化。鹤庆碳酸盐含量曲线中100ka为主导周期的转型早于深海δ18O曲线和黄土粒度曲线。在中更新世转型之后,鹤庆碳酸盐含量曲线在不同时段分别与黄土粒度曲线、深海δ18O曲线相似,推测是由于全球冰体积变化和亚洲大陆地方性因素交替主导作用导致的。总之,在西南季风轨道尺度演化中,青藏高原隆升和全球冰体积变化都发挥着重要作用,另外西南季风的演化还受其他机制影响。