南京明孝陵现代石笋季节性δ18O记录及其气候意义

摘要

石笋中提取的古气候代用指标可用来重建气候，此方法被广泛应用于季风气候研究，并已取得重大进展。过去有关石笋的研究主要集中在百年—千年时间尺度上，具有季节分辨率的石笋记录十分稀缺，而且对石笋氧同位素代用指标的古气候意义仍存在较大争议。鉴于以上情况，本文以南京明孝陵石笋为例，基于现代气象观测资料，深入研究开放体系下现代石笋近20年的生长情况，着重分析季节尺度上石笋δ18O反映的气候意义，揭示石笋δ18O记录与温度、降水之间的密切联系。本文中的石笋δ18O主要继承了大气降水δ18O的信号，并探讨直接受东亚夏季风影响的江淮地区（南京所在区域）降水δ18O变化的影响因素，其中梅雨强度及其起止时间起主要控制作用。主要研究内容如下:
　　1)从次生碳酸盐稳定同位素地球化学理论出发，结合亚洲季风、水汽传输以及雨带迁移的变化特征，重点分析季节尺度东南季风区石笋氧同位素的气候意义。本文研究表明明孝陵石笋δ18O主要受控于“雨量效应”。
　　2)基于石笋δ18O(或微量元素)旋回计数定年对现代石笋的年代学研究具有重大现实意义。明孝陵石笋δ18O记录每个峰谷旋回代表一年，结合石笋采集年份以及微量元素Sr的变化，建立的年代模型与210pb测年结果大体一致。此方法为现代石笋定年难题提供一个可行有效的解决手段。
　　3)明孝陵石笋δ18O记录上两个发生在冬春季的显著偏正值，对应南京1991和2003夏季降雨量异常增加值。这两个异常事件与江淮地区梅雨爆发有关。正常年份梅雨爆发带来的水汽主要源于西南季风气流，而在1991和2003年，梅雨爆发初期水汽来自太平洋，水汽δ18O偏重。说明石笋δ18O可为今后梅雨异常提供预警信息。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 深海沉积物δ18O研究

1．2 冰芯δ18O研究

1．3 石笋δ18O研究

1．4 研究目的、研究内容和创新性成果

第2章 大气系统与水的同位素组成

2．1 三圈环流

2．2 季风

2．3 大气降水同位素与大气降水线

2．4 稳定同位素δ18O与大气环流

2．5 石笋记录与大气系统

2．6 大气降水—土壤水—洞穴滴水之间的δ18O信号传递

第3章 石笋气候代用指标以及δ18O指代的气候意义

3．1 洞穴次生沉积物形成过程

3．2 石笋的古气候代用指标

3．2．1 石笋δ18O作为定量的古温度记录

3．2．2 石笋δ18O作为定性的古降水记录

3．3 石笋δ18O在不同时间尺度上指代不同的气候意义

3．4 石笋δ18O反映的气候变化与文化衰退的联系：以玛雅文明为例

第4章 南京明孝陵高分辨率石笋δ18O记录的季节性变化

4．1 研究区气候概况

4．1．1 南京四季划分

4．1．2 南京降水稳定同位素δ18O

4．2 样品简介

4．3 测试方法

4．4 石笋年代学研究初探

4．4．1 石笋δ18O年旋回计数定年

4．4．2 微量元素Sr的年周期旋回特征

4．4．3 210Pb计年结果

4．4．4 旋回计数定年与210Pb计年结果对比

4．5 石笋δ18O以及其呈现年旋回的原因分析

4．5．1 石笋δ18O与温度

4．5．2 石笋δ18O与降水

4．5．3 石笋δ18O与降水量异常(1991和2003年)

4．5．4 石笋δ18O与季风指数

第5章 初步探讨全新世亚洲季风区石笋δ18O的空间分布

第6章 结论

参考文献

致谢