豫西H1事件高分辨率气候变化的多指标石笋记录及洞穴监测研究

摘要

理解全球气候变化的一个关键点就是充分掌握过去气候变化的规律。基于高分辨率、多指标方法对极端气候事件的驱动机制和内部结构的研究在未来气候的预测中具有更为实际的应用价值。本文立足古气候变化研究较少的河南省西北部栾川县东石崖洞DSY1205石笋记录和其邻近的鸡冠洞5年的现代监测数据，进行了古气候重建和气候变化机理的讨论。利用豫西东石崖洞石笋δ18O、δ13C和微量元素指标重建了过去末次冰盛期(LGM)的气候变化历史，结合附近鸡冠洞水系和现代碳酸盐沉积物的微量元素数据，对东石崖洞各指标的影响因素和气候指代意义进行初步的分析，得出如下结论:
　　(1)通过对东石崖洞石笋DSY1205的U/Th年龄和氧碳同位素进行分析，建立了达年际分辨率的26.5～10.5ka BP亚洲季风演化的δ18O记录序列。DSY1205石笋的δ18O值最负为-10.2‰，最正为-5.6‰，振幅达4.4‰，较好的记录了H1冷事件。记录显示H1事件的开始时间16.0ka BP。DSY1205石笋的δ18O值将终止点I确定为14.7ka BP，这与已有石笋记录的TI出现时间是相近的。在神秘时期(MI)δ18O值呈现出了由暖转冷异常变化，mid-MI时期δ18O值出现四次冷事件，被认为是冰盖崩溃，冰筏碎屑大量涌入北大西洋引发的AMOC减弱导致的。豫西石笋记录的H1事件与格陵兰冰芯的记录的变化趋势较一致，气候变化波动频繁，并且其内部变化存在着事件发生的突变性和事件持续的短暂性以及“W”式的渐变性;
　　(2)东石崖洞石笋微量元素的Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca和U/Ca值分别是(10～35)×10-3、(1.2～6)×10-3、(0.1～0.6)×10-3、(1.5～8.5)×10-6，以上比值对外界气候环境的变化有着较好的响应。石笋微量元素记录显示:Mg/Ca与δ18O呈正相关关系，大幅度的升温和降温影响着Mg的分配系数，导致石笋Mg/Ca值和δ18O呈正相关。Sr/Ca、Ba/Ca和U/Ca变化趋势较为相似，预示着三者有着共同的来源和驱动机制，但它们与Mg/Ca值变化趋势相反，因此可以断定Sr/Ca、Ba/Ca和U/Ca的变化与温度无关;同时根据中国土壤元素背景值得出，Sr/Ca、Ba/Ca的变化受控于大气粉尘，上覆土壤也是其重要的影响因素;
　　(3)鸡冠洞洞穴监测显示，鸡冠洞洞穴水在观测期间能够快速响应地表环境的变化，岩溶水在岩溶管道中的滞留时间长（短）导致鸡冠洞洞穴水Mg/Ca呈现出旱季高而雨季低的特征。Sr/Ca和Ba/Ca变化趋势十分一致，暗示了二者有着共同的来源。在2013年栾川大旱期间Sr/Ca和Ba/Ca表现出持续高值，说明其对特殊的气候现象有指示意义。鸡冠洞现代沉积物的Mg/Ca变化趋势与滴水的相同，二者有着良好的对应关系，但这种良好的对应关系在Sr/Ca和Ba/Ca变化中没有出现，表明碳酸盐沉积物沉积过程比较复杂。通过计算鸡冠洞碳酸盐岩与岩溶水间Sr/Ca和Mg/Ca比值的分配系数得出其KSr值在0.02～0.18之间，KMg值在0.01～0.03之间，KMg值与温度无关，说明洞穴沉积物中的Mg/Ca值在长时间尺度上受温度影响比较大，而在年际尺度上与温度的关系并不是很明显。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．1．1 全球气候变化研究的意义

1．1．2 洞穴石笋古气候研究记录的特征

1．1．3 洞穴石笋研究的多指标化

1．2 国内外研究现状

1．2．1 石笋定年技术的研究现状

1．2．2 石笋替代指标的气候和环境指示意义

1．2．3 豫西古气候变化前人研究成果

1．3 研究内容

1．4 技术路线图

第2章 研究区概况

2．1 研究区的自然地理概况

2．2 水文与地质概况

2．3 样品及实验

2．3．1 样品的采集

2．3．2 数据分析方法

第3章 东石崖洞末次冰盛期石笋δ18O变化特征及古气候意义

3．1 DSY1205石笋年代数据

3．2 Hendy同位素沉积平衡检验

3．3 DSY1205氧同位素及其意义

3．3．1 氧同位素记录

3．3．2 H1时段各石笋记录的亚洲季风演化

3．3．3 终止点I(TI)—神秘时期(Mystery Interval)的确定

3．4 东石崖洞石笋δ18O变化驱动机制探讨

3．5 本章小结

第4章 东石崖洞石笋微量元素记录研究

4．1 东石崖洞石笋微量元素含量分析

4．2 微量元素比值变化特征及相关性分析

4．2．1 Mg／Ca、Sr／Ca、Ba／Ca和U／Ca值特征分析

4．2．2 Mg／Ca、Sr／Ca、Ba／Ca和U／Ca值相关性分析

4．2 石笋微量元素比值与稳定同位素对比分析

4．2．1 Mg／Ca

4．2．2 Sr／Ca、Ba／Ca和U／Ca

4．3 本章小结

第5章 现代监测-鸡冠洞洞穴水及沉积物微量元素记录

5．1 鸡冠洞洞穴水的Mg／Ca、Sr／Ca和Ba／Ca变化特征及分析

5．1．1 Mg／Ca变化特征及分析

5．1．2 Sr／Ca和Ba／Ca变化特征及分析

5．2 鸡冠洞现代沉积物的Mg／Ca、Sr／Ca和Ba／Ca变化特征及分析

5．2．1 Mg／Ca变化特征及分析

5．2．2 Sr／Ca、Ba／Ca变化特征及分析

5．3 基于分配系数的现代沉积物微量元素比值分析

5．4 本章小结

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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