神農(nóng)架40萬(wàn)年來(lái)高分辨率洞穴記錄與驅(qū)動(dòng)機(jī)制探討.pdf

1、亞洲季風(fēng)作為全球物質(zhì)和能量交換的紐帶，受強(qiáng)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(dòng)力學(xué)機(jī)制是現(xiàn)代氣候和古氣候研究的熱點(diǎn)。精確標(biāo)定東亞季風(fēng)氣候旋回可以揭示出不同的軌道韻律（偏心率、歲差周期）對(duì)季風(fēng)氣候的影響，有助于認(rèn)識(shí)太陽(yáng)輻射、全球冰量與低緯海洋對(duì)季風(fēng)氣候的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，同時(shí)有助于深入探索千年尺度氣候事件的演化規(guī)律及其動(dòng)力學(xué)機(jī)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(duì)象，根據(jù)150個(gè)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(gè)氧碳同位素?cái)?shù)據(jù)，將東亞季風(fēng)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(fēng)軌道和亞軌道尺度氣候變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)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(yàn)表明：
　　 亞洲季風(fēng)區(qū)石筍δ18O在軌道以及千年尺度上的振幅和變化趨勢(shì)基本一致，由此說(shuō)明石筍δ18O反映了區(qū)域尺度的夏季風(fēng)環(huán)流變化及其

3、降水特征。387ka 以來(lái)東亞夏季風(fēng)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(gè)旋回大致相當(dāng)于冰期/間冰期振幅。一系列千年尺度δ18O 變化疊加于長(zhǎng)期演變趨勢(shì)上，其振幅達(dá)1～2‰。神農(nóng)架洞穴石筍碳同位素在重疊時(shí)段同樣具有重復(fù)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(duì)比關(guān)系。
　　 387ka 以來(lái)石筍δ18O與北半球夏

4、季30oN 太陽(yáng)輻射曲線具有一致的變化趨勢(shì)（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(fēng)滯后太陽(yáng)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(fēng)降水幾乎直接響應(yīng)于低緯太陽(yáng)輻射歲差周期。這說(shuō)明季風(fēng)降水有可能獨(dú)立于高緯冰量驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步支持軌道尺度太陽(yáng)輻射直接控制亞洲夏季風(fēng)變化的假說(shuō)。石筍δ18O 記錄中15個(gè)歲差尺度上夏季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)期對(duì)應(yīng)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(fēng)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(dòng)機(jī)制。神農(nóng)架洞穴石筍氧碳同位素記錄表明東亞夏季風(fēng)降水和溫度在軌道尺度上響應(yīng)不同的軌道周期。
　　 最近四個(gè)冰期/間冰期旋回石筍δ18O的對(duì)比顯示MIS 奇數(shù)期時(shí)千年尺度氣候事件的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)且頻率低，而MIS 偶數(shù)期時(shí)千年尺度氣候事件持續(xù)時(shí)間縮短且頻率較高，

6、揭示出冰蓋大小對(duì)東亞夏季風(fēng)千年尺度氣候事件的影響。通過(guò)千年尺度季風(fēng)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(duì)應(yīng)于格陵蘭冰芯降溫和夏季風(fēng)減弱時(shí)期，進(jìn)一步支持南北兩極“See-saw”機(jī)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(fēng)最近四個(gè)冰消期氣候變化特征。冰消期夏季風(fēng)減弱事件均可與北大西洋冰漂碎屑事件對(duì)比，夏季風(fēng)突變與南極冰芯記錄的CH4 突變

7、相對(duì)應(yīng)。最近4個(gè)冰消期變化過(guò)程類(lèi)似，表現(xiàn)為兩個(gè)相位的變化過(guò)程。
　　 相位1 為夏季風(fēng)減弱時(shí)期(WMI)，在此弱季風(fēng)時(shí)期南極溫度、CH4 濃度和CO2濃度緩慢上升；相位2 為夏季風(fēng)快速增強(qiáng)時(shí)期，此時(shí)期夏季風(fēng)增強(qiáng)與CH4 濃度突變同步而南極溫度和CO2 濃度則達(dá)到最大值。高精度U 系時(shí)標(biāo)的石筍記錄和冰芯記錄以及海洋記錄對(duì)比進(jìn)一步支持北半球太陽(yáng)輻射觸發(fā)了冰消期的開(kāi)始，南半球太陽(yáng)輻射通過(guò)南半球溫度和CO2 放大了冰消期的變化過(guò)程，最終

8、南半球溫度變化有可能是終結(jié)東亞季風(fēng)冰消期的重要要素之一。這說(shuō)明太陽(yáng)輻射外部驅(qū)動(dòng)力和地球系統(tǒng)內(nèi)部反饋機(jī)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(guò)程。
　　 本文首次提供了過(guò)去40 萬(wàn)年來(lái)東亞季風(fēng)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(shí)了一個(gè)重要的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，即季風(fēng)的不同指標(biāo)受控于不同的軌道韻律，夏季風(fēng)降水為低緯過(guò)程而