豫西中晚全新世环境变化的石笋记录及现代洞穴碳同位素监测研究

摘要

当今世界，全球变暖、极端天气事件的频发会对人类的生活环境及生存造成极大的威胁，已经不再仅仅是一个学科问题，而日渐成为当今人类社会最为关注的重大社会问题。对过去气候变化的研究，是了解地球气候系统变化规律的重要方法，也是对现在气候变化研究乃至是对将来气候变化预测的一个很好途径。同时加强各种地质记录的现代监测与模拟机制，加强对气候变化驱动机制的研究，也有助于我们更好的理解地球演化的历史及更好的预测未来气候变化，对人类社会的和谐持续发展做出贡献。全新世是与人类进化、人类文明形成最密切的时期，因此加强对这一时期古气候的研究至关重要。各种地质记录研究显示，全新世内部气候变化并不稳定，存在多次波动。洞穴石笋因其分布范围广、受外界干扰小、代用指标丰富等特点，逐渐受到众多学者的关注。不过近年来研究者多侧重对石笋氧同位素的讨论，石笋碳同位素因其受控因素较为复杂，一直存在许多争议，因此必须通过现代洞穴监测与区域研究对洞穴次生沉积物碳同位素的形成机理进行更全面更深入的解译和论证。
　　本文以洞穴沉积物记录研究较少的我国北方河南西部栾川地区东石崖洞DSY1石笋为研究对象，利用石笋碳氧同位素记录，初步探讨了该地区中晚全新世气候演化历史。为了更好的理解岩溶洞穴碳同位素运移规律，同时为了更好的解译洞穴次生沉积物形成机理，选取东石崖洞邻近的鸡冠洞为研究监测基地，从2009年10月~2013年12月进行了4个完整水文年的以洞穴水中碳同位素（δ13CDIC）为主要监测指标，以及洞穴现代沉积物的δ13C的分析，结合鸡冠洞现代过程监测和气象数据分析，初步探讨了在我国南北气候交汇地区，即：从亚热带向暖温气候带过渡的敏感亚洲季风区域中岩溶洞穴系统碳同位素对于极端气候事件的响应过程。得出以下结论：
　　（1）利用豫西东石崖洞 DSY1石笋测试所得的731个碳氧同位素数据，重建了研究区中晚全新世的气候变化历史，对全新世“8.2ka BP事件”与“4.2ka BP事件”有比较好的响应。但 DSY1石笋碳氧稳定同位素在中晚全新世整体表现出不一致的变化趋势，δ18O的变化类似于我国南方已有洞穴石笋的记录，在6000a BP左右开始整体偏正，反映季风的一个减弱趋势，表明豫西地区中晚全新世氧同位素的变化在千年尺度上和我国南方洞穴石笋氧同位素的响应机制相同，主要反映大洋水汽源的传输变化；而δ13C的变化在5000a BP左右才开始整体偏正，与我国北方多种地质记录反映的全新世气候最温暖湿润的时期相一致，表明石笋碳同位素形成机理比较复杂，需要结合过去与现代过程的响应进行深入讨论。
　　（2）豫西鸡冠洞洞穴滴水（LYXS）的δ13CDIC变化范围为-6.6‰~-16.0‰，均值为-11.8‰。两处池水（YZT、YCG）δ13CDIC值则呈现明显的季节性周期变化，夏季值偏轻，冬季偏重。鸡冠洞洞穴水δ13CDIC响应2009年10月~2010年10月El Ni?o与La Ni?a的转换过程，此过程洞穴滴水δ13CDIC出现了最偏负的值，而最偏正值对应出现的时间为2013年6月，据气象资料显示，此时段栾川县遭遇了百年不遇的大旱。研究区岩溶洞穴系统碳同位素对于极端气候事件有较敏感的响应，进一步证实了洞穴沉积物的碳同位素在适当条件下是可以作为反映气候变化的有效工具。
　　（3）对豫西东石崖洞DSY1石笋δ13C进行谱分析，探讨了石笋碳同位素的周期变化，发现石笋碳同位素记录的主要周期有31a、32a、35a、38a、40a与56a，这些周期与我国旱涝史料记载分析周期基本一致，说明短尺度内降水是影响石笋碳同位素形成的主要原因，结合现代洞穴监测响应过程研究，在高分辨率石笋碳同位记录重建中应考虑 ENSO事件的影响；长尺度记录小波分析指出东石崖洞石笋碳同位素记录的全新世季风区内存在一系列持续时间在1500±600a的冷暖旋回，表明在全新世中低纬季风的变化除了受控于太阳辐射之外，还受到北大西洋气候变化的影响。

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第1章 绪论

1.1选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和拟解决的关键问题

1.4 技术路线

第2章 研究区概况和研究方法

2.1研究区概况

2.2技术与方法

第3章 DSY1石笋氧碳同位素变化特征及古气候意义

3.1 DSY1石笋的U/Th年代

3.2石笋碳氧同位素记录及其意义

3.3本章小结

第4章 鸡冠洞穴水和现生碳酸钙的特征与机理现代过程监测

4.1洞穴稳定碳同位素组成

4.2水文地球物理物化学特征

4.3滴水δ13CDIC值与水文地球化学指标之间的关系

4.4洞穴水对极端气候事件的响应

4.5现代沉积物δ18O、δ13C的关系

4.6本章小结

第5章 石笋碳同位素变化周期与其驱动机制探讨

5.1石笋碳同位素能谱分析

5.2ENSO活动对石笋碳同位素的影响

5.3石笋碳同位素小波分析

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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