湖北落水洞石笋记录的倒二/倒三间冰期亚洲季风演化特征

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:chaos32167
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古气候研究的目的是通过过去气候演化的规律和机制的研究,弥补现代环境、气候观测的不足,获得现代地球气候演化的规律和机制,从而为预测未来气候变化服务。间冰期气候的研究一直是古气候研究的重点,末次间冰期及全新世气候变化研究均取得很多成果,而由于定年、材料缺乏等因素的制约,相对更老的间冰期研究尚存在很多不足。加强对过去间冰期气候演化的研究,有助于进一步了解晚第四纪气候演化的详细历史。同时,对比到全新世,有利于进一步理解全新世气侯演变趋势及驱动机制,为预测未来气候变化提供一定的参考。基于湖北落水洞石笋(编号Ls26)10个Th230年代和1320个δ18O值,重建了 445.0-172.0 kyr BP时段亚洲季风的演化序列。石笋内部存在两处明显的沉积间断,分别持续约85.3 kyr和88.6kyr,因此石笋主要沉积时段为445.1-422.5 kyr BP;332.4-283.7kyr BP 和 198.4-172.0 kyr BP。其中 198.4-172.0kyr BP 和 332.4-283.7 kyr BP这两个时段分别处于倒二和倒三间冰期。从整体上看,这两个时段δ18O曲线变化与北半球太阳辐射曲线一致,说明在轨道尺度上亚洲季风在倒二/倒三间冰期显著受控于太阳辐射的岁差周期控制。石笋δ18O记录显示,在倒三间冰期MIS9.3和MIS9.1季风强度相当,而太阳辐射强度却存在差异,这个特点和三宝洞石笋记录的MIS6.5季风强度异常强相似,由此认为Dole效应在似乎整个季风演化的历史上都起到重要作用。石笋δ18O在倒二间冰期记录了 8次明显的千年尺度季风增强事件,在倒三间冰期记录了 9个千年尺度季风增强事件。同时,Ls26石笋还记录了与季风增强事件相对应的季风减弱事件。这些季风减弱事件与北大西洋冰漂碎屑有很好的对应,可能是北高纬冰盖崩塌进入北大西洋减弱了北大西洋经向翻转流,阻碍低纬热量北上,使得北高纬温度降低,并通过西风带影响到低纬季风区。以301.5 kyr BP为中心的季风减弱事件,石笋δ18O偏正程度超过了2‰,类似于Ls26石笋记录的冰阶/间冰阶转化幅度,其开始和结束均呈明显的突变特点,且整个过程持续了仅约1.5 kyr。可能是由于IRD活动与太阳辐射减弱共同触发了这次弱季风事件。为了进一步对比间冰期亚洲季风演化的异同以及石笋δ18O与δ13C之间的联系,我们引入集合经验模态分解方法,对倒二/倒三间冰期落水洞石笋和全新世董哥洞石笋氧碳同位素进行分解。分解结果显示倒二/倒三间冰期都有明显的岁差周期,且在倒二间冰期,具有相同周期的δ18O和δ13C分量有很好的相关性,表明在该时段亚洲季风和区域植被生产率具有很好的耦合关系。分解倒三间冰期δ18O与δ13C序列同样获得多个相同的周期,但是相关性均显著偏低,与倒二间冰期存在明显差异,这可能和倒三间冰期全球CO2浓度水平显著偏高有关。两个间冰期在1.65 kyr的周期显示氧碳分量均具有较好的相关性,可能是北高纬环境变化通过西风带显著影响低纬季风,并通过水热循环影响了洞穴区域植被生产率。同时1.65 kyr周期与末次冰期格陵兰冰芯DO事件发生的频率似有一致性,暗示千年尺度气候波动在晚第四纪气候演化中以固有频率发生。进一步对董哥洞全新世石笋氧碳同位素记录进行分解,结果显示在254 yr以下尺度上,石笋δ13C和δ18O的本征模分量基本一致,其中254 yr和116 yr两个周期都类似于大气△14C表征的太阳活动周期,表明植被生产力和低纬水汽都受控于太阳活动。同一周期对应的δ13C振幅几乎是δ18O的2倍,说明洞穴地点的土壤生产率放大了太阳活动的初始信号。526yr周期对石笋δ13C贡献最大(~20%),与北大西洋深层水体550yr周期一致,可能的机制是北半球高纬气候通过西风带影响了东亚大陆的环境变化。石笋δ13C的趋势分量变化平稳,明显不同于δ18O的趋势分量,表明洞穴地点的土壤生产率并不直接响应于轨道尺度的太阳辐射变化。通过三个间冰期石笋δ18O分解结果对比显示,在轨道尺度上三个不同时段的亚洲季风均显著受控于北半球太阳辐射的岁差周期。在千年-百年尺度上,倒二/倒三间冰期分解的结果有很好的一致性,而和全新世石笋记录却显著不同,这可能是由于全新世人类活动显著增加,在一定程度上改变了气候系统的自然演化过程所致。
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