全新世早期高分辨率石笋记录研究——以重庆金佛山羊口洞为例

摘要

在当今世界经济飞速发展的大背景下，全球气候变暖早已成为不争的事实，伴随着温室效应的加剧和极端气候事件的繁发，对于气候稳定性的研究及预测就显得尤为必要。目前人类社会正处于气候温暖的现代间冰期----全新世，至今已延续了1万年以上。而人类文明的出现、社会的发展与经济的繁荣都出现在这一时期，许多人类文明的兴起与衰落似乎都与气候变化有着深层次的联系。就目前的研究状况显示，在亚洲季风区内全新世气候变化并不稳定，内部存在弱季风事件，但以往的研究大多侧重于对季风整体变化趋势及其驱动机制进行探讨，对弱季风事件的探讨也主要集中在关于4.2kyr BP和8.2kyr BP事件上，而对于更短尺度的气候变化机制，尤其是关于全新世早期的探讨较少。本文以重庆金佛山羊口洞石笋为研究对象，利用羊口洞石笋YK719所测得的11个年代数据，建立起精确的年代标尺，对比稳定碳氧同位素、微量元素和灰度数据，进一步明确石笋指标对外界气候环境的响应，通过与其他全新世早期地质记录进行对比研究，探讨全新世早期气候变化规律；并通过与北大西洋温度记录、低纬热带辐合带（Intertropical Convergence Zone，简称 ITCZ）记录及太阳黑子数进行相关性研究，结合功率谱分析，探讨全新世早期气候冷暖波动及亚洲季风变化驱动机制。
　　本研究主要内容包括：⑴羊口洞石笋YK719的全新世早期石笋δ18O记录显示：?11.5~10.3kyr BP，氧同位素值的波动范围为-7.1~-8.7‰，平均值约为-7.9‰。石笋YK719δ18O数据记录了与Bond8、7事件相对应的11.1和10.3kyr BP事件，这个时段气候环境经历了一次“冷-热-冷”的转变，而这种转换模态在亚洲季风区的部分洞穴的石笋记录中也有所体现；?10.3~9.7kyr BP，这一阶段，δ18O值从-8.7‰突然偏轻至-9.5‰，平均值约为-8.7‰，与前一阶段相比，这一阶段氧同位素偏轻更为明显，且时间跨度较短，表明这一时期该地气候在经历了一次冷事件后季风迅速增强，从而导致氧同位素快速偏轻，同时也响应于ITCZ的快速北移；?9.7~8.3kyr BP，δ18O值波动范围介于-8.3~-11.1‰之间，平均值约为-9.7‰，石笋δ18O从9.7kyr BP开始的突然偏轻到后来的持续偏轻，与前两个阶段相比，此阶段是整个全新世早期δ18O最为偏轻的时期，这种现象在亚洲季风区其他洞穴的石笋记录中均有体现，表明随着太阳辐射的增强，亚洲季风区气候整体进入较为温暖、湿润的时期。⑵石笋碳同位素、灰度在与高纬北大西洋温度记录、低纬Cariaco盆地中Ti浓度记录的对比中发现，石笋δ13C和灰度在弱季风时段与北大西洋温度变化呈现出较好的相关性，表明石笋碳同位素、灰度主要受控于季风的影响同时也受到北大西洋冰漂事件的影响。石笋δ13C和灰度对温度的响应模式为：温度升高，地表植被生物量增加，土壤中微生物量上限提高，对腐殖质的分解能力增强，土壤中CO2产率增高，导致土壤CO2的δ13C值变轻的同时，石笋沉积较为纯净、透明，色泽深暗，使得方解石的光学特征受到了影响，灰度值减小；反之，温度降低、降水量减少的干冷气候条件下，地表生物量减少，石笋的δ13C值偏重，石笋中杂质增多且颜色灰白，蒸发强而降水少导致更多杂质进入方解石晶格，从而导致石笋的灰度值增加。⑶石笋YK719灰度记录了全新世早期的气候冷事件，并且与太阳活动的记录密切相关。石笋δ13C和灰度有良好的对应关系，暗示灰度可能与外界植被和土壤微生物活动有关，但二者在整体变化趋势上存在着一定的差别，与石笋δ13C的持续偏轻相比，灰度则没有明显的增大或减小，其原因可能是，两者对于驱动因素响应的敏感程度不同，灰度在同时响应降水和温度等信息的情况下，对于太阳活动的变化尤为敏感，导致其他记录的信号受到抑制，灰度值的变化与太阳活动密切相关，当太阳活动较强时，灰度值偏小，反之则偏大，这可能与太阳活动影响太阳辐射变化有关。⑷石笋YK719稳定氧同位素和灰度的功率谱分析中发现有太阳活动的周期，说明亚洲季风气候的演化在短时间尺度上主要受太阳活动影响，受到太阳辐射能量的驱动。同时，在石笋灰度序列功率谱分析中还发现，除受到太阳活动影响之外，西太平洋副热带高压也有可能对其造成影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2石笋国内外研究历史和现状

1.3全新世早期研究现状和意义

1.4研究内容与目标

1.5技术路线

第2章研究区概况和研究方法

2.1 研究区域概况

2.2洞穴概况及石笋材料

2.3研究方法

第3章石笋高精度时标的建立

3.1 石笋的U/Th年代

3.2 石笋生长模型

第4章羊口洞石笋稳定氧同位素记录

4.1 石笋生长机制及其对气候的响应

4.2 石笋氧同位素重现性检验

4.3 石笋YK719的稳定氧同位素记录

4.4全新世早期季风气候变化驱动机制研究

4.5 小结

第5章羊口洞石笋碳同位素和灰度记录

5.1 石笋碳同位素和灰度影响因素

5.2 石笋YK719碳同位素和灰度记录

5.3 石笋YK719碳同位素和灰度记录的气候事件

5.4石笋YK719灰度记录的功率谱分析

5.5 小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 问题与展望

参考文献

致谢

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