神農(nóng)架40萬年來高分辨率洞穴記錄與驅(qū)動機制探討.pdf

1、亞洲季風作為全球物質(zhì)和能量交換的紐帶，受強烈的歐亞大陸和太平洋差異感熱以及南大洋潛熱輸送的影響，其內(nèi)部的動力學機制是現(xiàn)代氣候和古氣候研究的熱點。精確標定東亞季風氣候旋回可以揭示出不同的軌道韻律（偏心率、歲差周期）對季風氣候的影響，有助于認識太陽輻射、全球冰量與低緯海洋對季風氣候的驅(qū)動機制，同時有助于深入探索千年尺度氣候事件的演化規(guī)律及其動力學機制。本文選取神農(nóng)架高海拔地區(qū)三寶洞和林竹洞8 支石筍作為研究對象，根據(jù)150個高精度MC-IC

2、P-MS和ICP-MS 230Th年齡（大部分誤差0.5‰-6‰）和3500個氧碳同位素數(shù)據(jù)，將東亞季風區(qū)高分辨率（平均約80年）石筍氧碳同位素記錄延伸至387ka，探討了東亞季風軌道和亞軌道尺度氣候變化的驅(qū)動機制。
　　 神農(nóng)架三寶洞、南京葫蘆洞和貴州董哥洞石筍δ18O記錄的重現(xiàn)性檢驗表明：
　　 亞洲季風區(qū)石筍δ18O在軌道以及千年尺度上的振幅和變化趨勢基本一致，由此說明石筍δ18O反映了區(qū)域尺度的夏季風環(huán)流變化及其

3、降水特征。387ka 以來東亞夏季風降水序列呈現(xiàn)出典型的23ka 歲差周期。歲差周期上石筍δ18O 變幅為3～4.5‰，其中15個旋回大致相當于冰期/間冰期振幅。一系列千年尺度δ18O 變化疊加于長期演變趨勢上，其振幅達1～2‰。神農(nóng)架洞穴石筍碳同位素在重疊時段同樣具有重復性，所揭示出的氣候旋回呈現(xiàn)出典型的100ka 周期，并且與SPECMAP 冰量曲線和海表溫記錄有較好的對比關(guān)系。
　　 387ka 以來石筍δ18O與北半球夏

4、季30oN 太陽輻射曲線具有一致的變化趨勢（r＝0.7，n=387）。交叉功率譜分析結(jié)果顯示在23ka 共同周期上東亞夏季風滯后太陽輻射12°±5°，也就是785±336a，考慮到U/Th 定年誤差（典型誤差±1000a），夏季風降水幾乎直接響應于低緯太陽輻射歲差周期。這說明季風降水有可能獨立于高緯冰量驅(qū)動，進一步支持軌道尺度太陽輻射直接控制亞洲夏季風變化的假說。石筍δ18O 記錄中15個歲差尺度上夏季風增強時期對應于全球大氣δ18Oa

5、tm極小期（r＝0.67，n=337），揭示了中低緯度植被覆蓋及產(chǎn)率調(diào)節(jié)著東亞夏季風降水變化。碳同位素所揭示出的溫度變化不同于氧同位素的低緯變化特征，揭示出明顯的高緯冰量驅(qū)動機制。神農(nóng)架洞穴石筍氧碳同位素記錄表明東亞夏季風降水和溫度在軌道尺度上響應不同的軌道周期。
　　 最近四個冰期/間冰期旋回石筍δ18O的對比顯示MIS 奇數(shù)期時千年尺度氣候事件的持續(xù)時間較長且頻率低，而MIS 偶數(shù)期時千年尺度氣候事件持續(xù)時間縮短且頻率較高，

6、揭示出冰蓋大小對東亞夏季風千年尺度氣候事件的影響。通過千年尺度季風石筍δ18O與南北極冰芯甲烷和北大西洋冰漂碎屑事件的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)南極溫度升高和CO2 濃度增加對應于格陵蘭冰芯降溫和夏季風減弱時期，進一步支持南北兩極“See-saw”機制在千年尺度氣候事件中起到重要的作用。
　　 石筍δ18O 記錄揭示出東亞夏季風最近四個冰消期氣候變化特征。冰消期夏季風減弱事件均可與北大西洋冰漂碎屑事件對比，夏季風突變與南極冰芯記錄的CH4 突變

7、相對應。最近4個冰消期變化過程類似，表現(xiàn)為兩個相位的變化過程。
　　 相位1 為夏季風減弱時期(WMI)，在此弱季風時期南極溫度、CH4 濃度和CO2濃度緩慢上升；相位2 為夏季風快速增強時期，此時期夏季風增強與CH4 濃度突變同步而南極溫度和CO2 濃度則達到最大值。高精度U 系時標的石筍記錄和冰芯記錄以及海洋記錄對比進一步支持北半球太陽輻射觸發(fā)了冰消期的開始，南半球太陽輻射通過南半球溫度和CO2 放大了冰消期的變化過程，最終

8、南半球溫度變化有可能是終結(jié)東亞季風冰消期的重要要素之一。這說明太陽輻射外部驅(qū)動力和地球系統(tǒng)內(nèi)部反饋機制（北大西洋徑向環(huán)流、南北極See-saw和CO2 濃度等）
　　 共同影響著冰消期的氣候變化過程。
　　 本文首次提供了過去40 萬年來東亞季風區(qū)高精度（0.5‰-6‰）、高分辨率（平均約80年）、連續(xù)的洞穴石筍氧碳同位素記錄。研究結(jié)果證實了一個重要的驅(qū)動機制，即季風的不同指標受控于不同的軌道韻律，夏季風降水為低緯過程而