高分辨率石笋记录的三峡库区过去500年气候变化研究

摘要

对过去1千年以来全球气候变化进行研究，是国际过去全球变化研究计划(PAGES)最重要内容之一。重建近千年间高分辨率气候记录，对于认识气候系统演化规律、应对当前日益严重的气候和环境问题、预测未来气候变化具有十分重要的意义。小冰期是近千年以来重要的气候变化事件，对人类社会和历史产生了重要影响。目前由于缺乏高分辨率和精确定年的气候记录，关于这一气候变化事件的起止时间、内部结构等特征还存在争议，其气候驱动机制也尚未被完全认识。相对于黄土、冰芯、湖泊记录等气候代用指标，洞穴石笋具有高分辨率、适于230Th精确定年、储存气候和环境信息完整等优势，已经成为当前相关研究领域重要发展方向之一。
　　 本文以亚洲季风显著作用的长江中上游地区重庆丰都为研究区域，利用丰都地区水鸣洞石笋NSM03的7个230Th测年数据和438个碳氧稳定同位素数据建立AD1250～1750期间高分辨率的石笋碳氧稳定同位素时间序列，结合同属于亚洲季风区的其它洞穴石笋记录，分析石笋碳氧同位素与小冰期气候的响应关系，并以此分析小冰期的开始时间和讨论小冰期内部的气候波动变化;本文利用ICP-MS和ICP-OES分析测试石笋中微量元素含量的方法，将测得的石笋NSM03的89组共7种微量元素进行含量分析和比值变化分析，尝试讨论各微量元素的影响机制以及它们的气候意义;对石笋数据进行功率谱分析和小波分析，简要讨论小冰期形成的气候机制。得出如下结论:
　　 (1)水鸣洞石笋NSM03高分辨率δ18O记录显示:水鸣洞所处的三峡库区气候变化与亚洲季风区内其它地区气候变化基本一致，本研究区域的小冰期开始于13世纪末到14世纪初;小冰期内部季风整体转弱，降水减少，温度降低;时值小冰期盛期的AD1400-1650季风波动频繁，存在着短时间尺度的季风加强和减弱事件，如16世纪中后期的季风短暂增强时期，石笋δ18O出现偏轻趋势，这一结果得到了波密-林芝地区树轮记录的验证。
　　 (2)水鸣洞石笋NSM03高分辨率石笋δ13C记录显示:水鸣洞石笋NSM03的δ13C通过记录过去500年间三峡库区植被变化信息间接指示了当时的气候环境变化，显示小冰期的开始时间大约为AD1300，且其内部存在明显的季风波动，如发生在14世纪中期和16世纪末的季风减弱时期“元末弱季风时期”和“明末弱季风时期”。石笋NSM03δ13C值变化趋势和δ18O变化趋势相似，进一步证明了石笋氧同位素的气候环境意义。
　　 (3)水鸣洞石笋NSM03的Ca、Mg、Ba、Sr、U、Ti、Mn7种元素分析结果显示:石笋NSM03中Mg/Ca、Sr/Ba、Ba/Ca与U/Ca随着亚洲季风的变化，表现出相似的变化趋势，亚洲季风增强时，降雨增加，温度升高，石笋中Mg、Sr、Ba、U含量减少;反之亦然。微量元素比值变化曲线与石笋碳氧稳定同位素值变化曲线具有相似的变化趋势，表明石笋NSM03中微量元素含量对外界气候环境的变化也比较敏感，是研究小冰期气候变化的良好信息载体。
　　 (4)石笋NSM03记录的功率谱分析和小波分析结果表明:太阳活动是小冰期气候的主要驱动机制，小冰期与太阳活动世纪周期有紧密联系，但是从更短尺度和更高频率角度分析，ENSO周期、大气涛动等海气耦合事件可能对小冰期气候产生重要的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与目标

1．4 技术线路

第2章 研究区概况和研究方法

2．1 区域概况

2．2 洞穴概况和石笋材料

2．3 研究方法

第3章 高精度石笋时标的建立

3．1 石笋的U／Th年代

3．2 石笋生长模型

第4章 水鸣洞石笋碳氧稳定同位素研究

4．1 石笋的生长机制及其对气候的影响

4．2 Hendy同位素沉积平衡检验

4．3 石笋NSM03氧同位素记录

4．4 石笋NSM03碳同位素记录

4．5 小结

第5章 水鸣洞石笋微量元素研究

5．1 微量元素的沉积机制

5．2 石笋微量元素数据分析

5．3 小结

第6章 小冰期气候机制分析

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 问题与展望

参考文献

附录

致谢

作者简历