南海西沙群島晚全新世高分辨率氣候環(huán)境變化.pdf

1、熱帶地區(qū)氣候環(huán)境變化對(duì)全球氣候系統(tǒng)有著非常重要的影響，本研究從湖泊沉積物、硨磲碳酸鹽殼體等高分辨率載體入手，分析南海西沙地區(qū)晚全新世氣候環(huán)境特征及其變化機(jī)制。論文主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行討論:
　　 1.南海西沙現(xiàn)代氣象資料的分析
　　 利用1958-2005年有關(guān)南海西沙群島的氣象資料與ENSO觀測資料，從氣溫、降雨、臺(tái)風(fēng)3個(gè)方面分析南海西沙群島氣候異常與ENSO事件之間的關(guān)系。結(jié)果表明，南海西沙群島季節(jié)和年際氣候異常與EN

2、SO事件存在非常密切的關(guān)系，具體表現(xiàn)如下:南海西沙群島逐月氣溫距平百分率與月ENSO指數(shù)存在顯著的統(tǒng)計(jì)正相關(guān)關(guān)系，在厄爾尼諾期間一般表現(xiàn)為氣溫偏高，拉尼娜期間則相反;年平均降雨量與ENSO指數(shù)存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，典型拉尼娜年的降雨量比厄爾尼諾年多約50％;此外，在厄爾尼諾期間，到達(dá)南海西沙地區(qū)的熱帶氣旋頻次比拉尼娜期間明顯要少。
　　 2.南海西沙過去千年降雨變化
　　 在準(zhǔn)確定年的基礎(chǔ)上，對(duì)采自南海西沙東島的湖泊沉積

3、物粒度、介形類殼體碳氧同位素進(jìn)行分析，重建了東島過去千年干濕變化。結(jié)果顯示，東島在較為溫暖的1000-1400年和1850-2000年表現(xiàn)出相對(duì)干旱，而在1400-1850年的小冰期期間則表現(xiàn)為濕潤?？紤]到東島的地理位置，這樣的干濕變化很難被目前的ITCZ小冰期南移理論所解釋。結(jié)合太平洋地區(qū)已有的一些干濕記錄的綜合分析，我們認(rèn)為雖然ITCZ的擺動(dòng)可能在太平洋水循環(huán)的長期變化中起到了重要作用，但沃克環(huán)流的長期變化可能也影響了太平洋地區(qū)，尤

4、其是太平洋東西兩岸沃克環(huán)流的上升支和下沉支區(qū)域。
　　 3.過去2000年南方濤動(dòng)指數(shù)的重建
　　 南方濤動(dòng)及其伴隨的太平洋沃克環(huán)流變化，是當(dāng)前熱帶太平洋地區(qū)甚至全球氣候年際異常的主要影響因素，因此研究南方濤動(dòng)指數(shù)的變化歷史對(duì)理解氣候變化機(jī)制以及預(yù)測未來氣候變化有重要意義。通過綜合熱帶太平洋地區(qū)已有的降雨記錄，利用合理的數(shù)學(xué)方法，我們重建了過去2000年的南方濤動(dòng)指數(shù)變化。結(jié)果顯示，在溫暖的羅馬暖期、中世紀(jì)暖期和現(xiàn)代溫暖

5、期，南方濤動(dòng)指數(shù)偏負(fù)，指示一種偏厄爾尼諾的狀態(tài);而在寒冷的小冰期，南方濤動(dòng)指數(shù)偏正，指示一種偏拉尼娜的狀態(tài)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)南方濤動(dòng)指數(shù)過去2000年的變化與太陽活動(dòng)以及北半球的一些氣候系統(tǒng)如東亞季風(fēng)、北大西洋濤動(dòng)等之間存在明顯的關(guān)聯(lián)。
　　 4.南海西沙現(xiàn)代大硨磲高分辨率δ18O和Sr/Ca研究及其氣候意義
　　 對(duì)采自南海西沙永興島的現(xiàn)代大硨磲YX1進(jìn)行高分辨率的δ18O和Sr/Ca比值測試。δ18O的測試序列顯示出

6、很好的年周期變化，并與周圍海水達(dá)成氧同位素分餾平衡。利用ICP-OES測試得到的Sr/Ca序列同樣顯示出很好的年周期變化，并與SST變化有很好的相關(guān)性，可以作為SST重建的替代性指標(biāo)。但是，利用LA-ICP-MS測試得到的Sr/Ca序列則沒有顯示出很好的年周期變化，這可能與硨磲碳酸鹽中夾雜的有機(jī)質(zhì)雜質(zhì)有關(guān)，這些有機(jī)質(zhì)雜質(zhì)與碳酸鹽晶體的Sr/Ca比值存在顯著差別，在ICP-OES測試中，這些有機(jī)質(zhì)大多無法被溶解，因此不會(huì)對(duì)測試結(jié)果產(chǎn)生顯著

7、影響，而在LA-ICP-MS的測試中，這些有機(jī)質(zhì)雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入樣品中，從而對(duì)測試結(jié)果產(chǎn)生影響。
　　 5.南海西沙3種現(xiàn)代硨磲Sr/Ca比值的差異
　　 對(duì)采自南海西沙群島的三種硨磲（庫氏硨磲，無鱗硨磲和硨蠔，其中庫式硨磲3個(gè)，無鱗硨磲和硨蠔各兩個(gè)）進(jìn)行了高分辨率的Sr/Ca比值分析。結(jié)果表明，庫氏硨磲和無鱗硨磲的Sr/Ca比值呈現(xiàn)出清晰的年周期變化并與實(shí)測的海表面溫度(SST)形成了較好的對(duì)應(yīng)，可以作為SST重建的替代性指

8、標(biāo);而硨蠔的Sr/Ca比值基本上沒有年周期信號(hào)，不適合作為SST重建的替代性指標(biāo)。此外，在Sr/Ca比值的平均值上，三種硨磲之間相差較大，因此利用硨磲Sr/Ca比值進(jìn)行歷史時(shí)期SST重建之前應(yīng)先對(duì)硨磲進(jìn)行種屬鑒定，不同種硨磲之間的溫度計(jì)不能隨意混用。
　　 6.晚全新世溫暖期南海西沙高溫的硨磲記錄
　　 對(duì)采自南海西沙群島的兩個(gè)硨磲(AMS14C定年顯示分別存活于中世紀(jì)暖期早期(公元914年左右)和羅馬暖期（公元前10年

9、左右））進(jìn)行高分辨率的δ18O和Sr/Ca分析，結(jié)合前期現(xiàn)代硨磲溫度計(jì)的研究結(jié)果，恢復(fù)了公元914年（共11年）和公元前10年（共20年）左右的南海西沙月分辨率的SST變化。結(jié)果顯示，在中世紀(jì)暖期和羅馬暖期，南海西沙的海表面溫度比1994-2005年分別高0.88度和1.64度。由此推斷，最近50年的全球變暖至少在南海西沙地區(qū)沒有全面超過晚全新世的自然溫暖期。
　　 7.南海西沙沉積物重金屬變化與人類冶金歷史的關(guān)聯(lián)
　　

10、 通過對(duì)南海西沙鳥糞沉積物中重金屬Cu的測定與校正，我們獲得了過去2000年來鳥糞中Cu含量的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鳥糞中Cu含量與中國古代的銅產(chǎn)量以及中國大陸封建文明的盛衰存在密切的聯(lián)系。在社會(huì)政治穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)繁榮的朝代之中時(shí)，鳥糞中銅含量相對(duì)較高;而在朝代更替、戰(zhàn)亂頻繁、社會(huì)經(jīng)濟(jì)退步的時(shí)段，鳥糞中銅含量一般都處于低谷狀態(tài)。根據(jù)歷史文獻(xiàn)中部分時(shí)段銅產(chǎn)量記錄與鳥糞中銅含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立起轉(zhuǎn)換函數(shù)并以此恢復(fù)出了兩千年來中國的銅產(chǎn)量。
　　

11、 通過對(duì)南海西沙東島兩個(gè)沉積柱中總汞含量的測定和校準(zhǔn)，我們獲得了海鳥糞中汞含量在過去千年的變化情況。結(jié)果表明，在公元1600年左右，鳥糞中汞含量開始快速增加，這可能與美洲金礦開采，人類大規(guī)模利用汞進(jìn)行金屬冶煉有關(guān)。在工業(yè)革命之后，由于煤的大量使用以及氯堿、煉油等工業(yè)活動(dòng)的興起，大量Hg被排放到環(huán)境中，鳥糞中的Hg再次出現(xiàn)快速增加。從西沙Hg記錄與歐洲、格陵蘭、南極等地Hg記錄對(duì)比的情況來看，工業(yè)革命后，北半球的Hg污染要比南極嚴(yán)重的多。