末次冰消期东亚季风区西北缘气候快速变化事件

通过对中卫剖面和米浪沟湾剖面的年代学与高分辨率气候地层记录的研究,认为末次冰消期东亚季风区西北缘发生气候快速变化事件,它可分辨出古仙女木、波令、老仙女木、阿勒鲁德、IACP 和新仙女木等6个气候阶段,并可与格陵兰冰心(GISP2)检出的6个气候阶段相对比。气候快速变化事件以快速变化、不稳定、多波动为特征,表现为冷干—暖湿—冷干—凉湿—暖干—冷干—冷湿的交替变化。冰消期冬、夏季风有较为复杂的消长关系,冰阶时二者互为消长,间冰阶时并不完全互为消长。冬季风在波令和阿勒鲁德暖期较新仙女木冷期强盛,这是北半球高纬度海区海冰面积在暖期缩小、冷期扩大而影响亚洲大陆蒙古—西伯利亚高压暖期增强、冷期减弱的结果;夏季风则与格陵兰冰心δ^(18)O 的变化具有一致性,其强弱与北半球高纬地区有紧密联系,这种联系可能不是通过季风锋面降水带建立起来的,而可能是海冰面积变化导致厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)爆发造成的。

千百年尺度气候快速变化及其数值模拟研究进展

千百年尺度全球气候快速变化是古气候研究中的一个重要内容。研究发现,末次冰期和全新世都存在着千年、百年尺度的快速气候变化,其变化幅度可以达到典型的地质变化或天文因子所造成的冰期/间冰期的气候振荡幅度,同时这些古气候事件具有全球性。对冰期和全新世气候变化的数值模拟揭示了气候系统对地球轨道参数变化的响应以及海洋、植被、冰盖、温室气体等反馈因子的重要性,其中大洋温盐环流对北大西洋淡水注入的敏感性与末次冰期和全新世气候快速变化密切相联。利用中等复杂程度的气候模式（EM IC）CLIMBER-2模拟了末次冰期典型时段（60~20ka BP）D/O和Heinrich事件以及东亚气候的响应过程。模拟研究揭示了全新世青藏高原冰雪环境对亚洲—非洲季风气候的显著影响。今后的古气候模拟研究将在改进模式分辨率、结合古气候代用资料确定更加符合历史时期边界条件以进一步改善气候模式的基础上,更加注重气候突变机制的研究以及加强全球变化背景下的区域气候的长期变化研究。

青藏高原东缘叠溪海盆地40～30kaBP高分辨率快速气候变化记录

对岷江上游地区叠溪古堰塞湖底部沉积物进行AMS14C定年,得到其沉积时间起始时间约为40.5kaBP。通过沉积物粒度特征的研究得知,粒度指标可以反映降水量变化进而反映气候干湿变化,此外,粒度均值曲线与格陵兰冰心(GISP2)及南京葫芦洞石笋氧同位素曲线的显著相似性说明,粒度特征对全球性气候变化有响应,可以反映气候的冷暖变化。由此,研究区古气候演变可以划分为3个阶段:阶段Ⅰ(40.5～33.4kaBP)气候冷干,阶段Ⅱ(33.4～31.7kaBP)气候暖湿,阶段Ⅲ(31.7～31.1kaBP)气候较暖湿。而粒度均值曲线与冰心及石笋氧同位素曲线的差异,一方面可能是由于地理位置的差异,另一方面可能与当时太阳辐射变化情况以及季风作用有关。

白垩纪快速气候变化研究新进展——温室世界中的冰川证据

白垩纪被认为是两极无冰的典型温室气候时期,但近年来对于白垩纪存在短暂冰川甚至是极地冰盖的猜想引起了越来越多的关注。根据前人提出的冰川或气候变冷证据,如冰川遗迹、全球海平面快速下降事件以及δ18O正偏事件等,总结了白垩纪可能存在冰川的时期,包括Berriasian-Valanginian之间、Valanginian晚期、Barremiana期、Aptian-Al-bian之交、Albian-Cenomanian之交、Cenomanian中期和末期、Turonian中期、Coniacian中期、Santonian早期、Campa-nian晚期、Campanian-Maastrichtian之交和Maastrichtian末期等。对这些证据的有效性进行详细的讨论,同时也对白垩纪冰川的可能成因进行探讨。笔者认为,白垩纪即便存在冰川,也是小规模、短暂地存在,因此,精确的年代学约束是进行白垩纪冰川研究的前提;米兰科维奇旋回控制下的气候波动是白垩纪形成短暂冰川的可能成因。

快速气候变化与高分辨率的深海沉积记录

通过高分辨率海洋古气候序列研究快速气候变化的机制是大洋钻探ODP及相关的国际海洋古全球变化研究IMAGES的重要贡献。研究发现,千年、百年尺度的古气候事件具有全球性,不仅见于冰芯和北大西洋高纬区,也发生在热带太平洋等其它海区和地球的其它部分;不仅见于末次冰期,也发生在全新世和早、中更新世。尽管这些快速气候变化的原因和机理尚无定论,但至少说明存在有别于冰期/间冰期冰盖体积变化的因素(如热带过程、太阳活动等)在起作用,从根本上改变了学术界对地球气候环境系统历史的认识。

末次盛冰期以来苏拉威西海区上层海水对快速气候变化的响应

通过对苏拉威西海MD98-2178站位浮游有孔虫定量分析、表层浮游有孔虫Globigerinoides ruber壳体镁钙(Mg/Ca)比值反演海表温度(SST),并结合表层和次表层浮游有孔虫氧、碳同位素,探讨末次盛冰期以来,苏拉威西海区温度、盐度、生产力、温跃层深度变化及其对快速气候变化的响应。研究发现:末次盛冰期苏拉威西海区,海表温度存在明显降温,较现代海表温度下降了2.9℃,但缺乏对快速气候波动明显响应。MD98-2178站位盐度、生产力以及温跃层深度等记录,则明显响应快速气候波动,在H1,YD等变冷事件期间,盐度变高、生产力上升、温跃层深度变浅,指示东亚冬季风加强,热带辐合带(TCZ)南移以及印度尼西亚穿越流(ITF)减弱。末次盛冰期以来,MD98-2178站位属种组合、生产力、盐度以及温跃层深度在11 ks b.P.左右存在明显的突变,且在南海、印尼海区普遍存在,指示了该海域在11kaB.P.左右存在重要的气候变化过程。

末次盛冰期以来南海西南海区对快速气候变化的响应特征

以南海西南巽他陆坡CG2岩心为材料,通过浮游有孔虫Globigerinoides ruber壳体的δ18 O和Mg/Ca重建了近24ka以来的表层海水温度(SST)和盐度(SSS),结合浮游有孔虫定量统计数据分析了末次盛冰期(LGM)以来南海西南海区上部水体环境的演化特征。研究表明,在YD、H1、8.2ka冷事件期间,巽他陆架海区盐度变高,浮游有孔虫暖水种丰度减少,温跃层变浅。相比其他开放大洋站位末次冰消期的缓慢变暖,南海西南海区Blling早期以及YD事件后期升温迅速,且H1期间具有明显的降温,是典型的"格陵兰式"升温,可能南海受东亚季风的影响强烈。东亚夏季风的强弱变化造成了海水盐度频繁的波动,在H1、YD期间,东亚夏季风突然减弱,盐度变高,B/A暖期夏季风增强,盐度变低,比较发现在这些气候事件期间,东、西太平洋站位的盐度变化特征几乎是一致的。LGM以来热带西太平洋海区的上层海水环境变化,与热带辐合带(ITCZ)的纬向移动及其相关的东亚季风异常有密切联系。

末次冰消期以来北极东北陆架对快速气候变化的响应

北极快速气候变化越来越深刻影响着北极地区以及全球的环境变化,已成为当今地球科学研究的重大前沿科学问题。北极东北陆架作为世界上最宽广平坦的陆架,既是北冰洋季节性海冰形成的主要源区,又是现代海冰变化最强烈的区域,对气候变化敏感,响应强烈,属于环境脆弱地区。通过全面分析近年来国际上在末次冰消期以来快速气候变化背景下北极东北陆架环境响应的研究进展和存在的主要问题,阐述了沉积物“源—汇”过程、海冰演化历史、碳循环以及快速气候变化事件等方面取得的研究成果,发现东北陆架地区沉积物和有机碳来源复杂,时空变化强烈,气候和环境变化过程与海冰演化息息相关。未来的研究应加强现代过程的长期连续观测,重视地质记录中气候环境演变信号的精确解译,深化数值模拟技术和大数据的挖掘与使用,开展不同时间尺度北极快速气候变化及其驱动机制研究,并加强北极快速气候变化对中纬度地区特别是对东亚以及我国环境变化影响的研究。

快速气候变化及其驱动机制的探讨

全球范围内广泛寻找古气候快速变化的沉积记录,研究其内在的驱动机制,对于预测未来气候和环境变迁的走向意义重大。近些年来,短尺度气候变化的研究取得了重要进展:发现末次冰期普遍存在约为1.5 ka周期的暖冷期交替的循环,即Dansgaard-Oe-schger(D/O)循环,连续几个D/O循环冰阶气温越来越低,后出现Heinrich事件,全新世也存在着千百年尺度气候的波动性。这些短尺度的快速气候变化并非只存在于冰心和北大西洋,而是具有全球性。D/O循环、Heinrich事件以及全新世波动的气候背后的驱动机制,目前争议较多尚无定论。目前,温盐环流(THC)变化和甲烷冰枪两个学说较为流行。前者认为北大西洋北部的大量融冰削弱了深水的形成,使THC减弱,从而向北输送热量减少,使北大西洋气候寒冷,深水形成后便完成一个D/O循环,Heinrich事件只是使过程更激烈;后者认为中上层海水一定幅度的温度变化导致陆坡处的甲烷冰储库崩塌,迅速向大气中释放温室气体CH4,经历正反馈过程迅速进入间冰阶,然后空气中CH4再逐步储存于海底沉积物中,直到下一次促发后释放。末次冰期以来的短尺度气候旋回和快速变化事件,也许不能单单靠一两种模型来解释,其内在的复杂的演变机理与地球各层圈之间紧密相关,解释其规律还需要广大气候研究学者们进一步努力。

末次冰期以来西太平洋暖池变化的浮游有孔虫记录

探讨了末次冰期以来西太平洋暖池区浮游有孔虫动物群变化对环境和全球气候变化的响应。对取自西太平洋暖池核心区WP92 5柱样中的浮游有孔虫及其壳体δ18O的分析结果表明,西太平洋暖池末次冰期的冬季表层水温比全新世低 2℃以上;浮游有孔虫 Neoglobo quadrina pachyderma 的含量变化与Globigerinoides sacculifer 的δ18 O值呈明显相关,各时段的峰值可能与YD事件和Heinrich事件H1、H2和H3大致对应,分别出现在21—29、38—46、64—72和106—117cm, 14C年龄约为9.7—11.1、12.8—14.7、19—20.9 和 26.2—27.4kaB.P.;浮游有孔虫N. pachyderma的含量与G. sacculifer的δ18O在各峰值之间含有数个频次不等的亚级变化,反映了末次冰期以来西太平洋暖池区气候的短尺度快速变化特征。

东亚全新世火山灰地层框架的初步构建及其对古气候研究的意义

火山灰具有等时特性且分布广泛,因而越来越多地被用作第四纪研究的定年和关联工具。利用火山灰等时线同步古气候记录,可以帮助评估气候突变的相对时间和相位关系,从而理解气候变化的动力学。实现利用火山灰年代学协助古气候研究的必要条件之一是建立区域火山灰地层框架。东亚地区爆炸式火山活动频繁且具有较好的研究基础,但尚未建立整合的全新世火山灰地层框架。通过文献梳理,本文识别出东亚区内分布较广的22层全新世火山灰。利用这些火山灰的空间分布、玻屑地球化学特征和喷发年龄估算,初步构建了整合的东亚全新世火山灰地层框架。此外,本文还指出区内分布较广但仍需进一步研究的潜在火山灰标志地层。东亚全新世季风演化包含百年甚至是年代际尺度的气候突变,但目前大多数古气候记录的定年精度不足以制约这类突变事件的时空差异。在高分辨率古气候记录中识别出火山灰标志层,并利用其协助古气候记录的精确定年和时间关联,有望实现精细刻画气候快速变化事件的区域差异,帮助理解气候突变的成因和传播。

深海沉积与全球变化研究的前缘与挑战

海洋正在经历变暖和酸化等人类活动引发的全球变化的影响,而深海沉积储存着地球演变历史时期由自然因素驱动过去全球变化的详细档案,通过探究其现今和过去全球变化过程,能够揭示全球变化的特征和规律,为预测未来变化提供依据。近年来在该领域的突出研究进展,是针对社会选择的未来排放轨迹,在深海记录中都能够找到相应的类似情形,用于评估未来地球系统各种变化的过程和后果。其中,以Dansgaard-Oeschger变化为代表的千年尺度事件、以厄尔尼诺南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)为代表的十年尺度气候变化事件,是最接近现今地球变暖的快速气候变化场景。地球系统的发展轨迹目前正处于人类排放温室气体的“热室地球”路径的起点上,如果地球超过了这个“临界点”,它将沿着一条不可逆的道路进入“热室地球”状态,另一种路径则是通向“稳定地球”状态。深海沉积档案中的类似情形能够为社会选择未来排放的轨迹提供重要参考。全球变化研究面临的重大挑战是重新认识其关键过程的理论机制。以海洋变暖和酸化影响硅藻和颗石藻的海洋生物泵过程为例,传统知识认为酸化有利于硅藻建造,但最新的围隔实验研究却发现酸化大幅减少全球硅藻输出;传统知识认为酸化导致海洋生物钙化危机,但近期针对中生代大洋缺氧事件的黑色页岩研究,发现颗石藻的碳酸钙输出在海洋酸化期间大幅增加。这些颠覆性的认识严重挑战了传统全球变化某些关键过程的理论体系。

中亚黄土沉积与西风区末次冰期快速气候变化

气候快速变化过程与机制一直是古气候研究的热点科学问题,随着不同地区高分辨率地质记录的增多,年代学方法的改进,此类快速气候变化事件的区域差异性日益突出,对比和认识这些区域之间的变化细节,有助于认识快速气候变化的规律和驱动机制。文章以中亚黄土为主要研究对象,根据黄土沉积特征与现代气候特征,将中亚黄土分为西部、北部和东部3个亚区,在总结中亚西风区黄土古气候研究进展的基础上,回顾了近年来中亚地区末次冰期西风区气候突变事件研究现状与问题,初步探讨了在亚轨道尺度上末次冰期快速气候变化发生过程和机制。结果表明,粒度、矿物学、地球化学等指标均指示中亚这3个黄土亚区末次冰期确实存在千年尺度的快速气候波动信号,但在年代和变率上存在区域差异,这种差异除了缺乏精确的年代学控制外,还与区域水热组合和区域地形结构有关。这些冷暖的快速气候变化与北大西洋高纬地区冰盖收缩扩张、西伯利亚高压强度和范围的变化导致风动力变化和西风带南北迁移有关。今后需进一步加强高分辨率年代序列的建立,进一步遴选中亚黄土中有效的、能够独立反映风力强度、源区信息、古温度、古降水等代用指标,并结合古气候模拟试验研究其驱动机制。

全球新仙女木事件的恢复及其触发机制研究进展

大约发生在12.9～11.6 ka BP的新仙女木事件（YD）在气候突变的研究中占有重要地位, 然而对其触发时间、触发地点、触发机制以及YD事件是否是一个全球性的事件一直存在很大争议, 并且该事件触发机制的研究对目前全球温度快速升高背景下未来气候变化的预测也有很大的意义.综述了近年来世界范围内YD事件恢复的最新研究, 分析了该事件在全球不同区域发生时间和强度的异同, 目前北半球对该事件的记录比较一致, 南半球还有很大分歧.介绍了YD事件的可能触发机制, YD事件的触发除了北大西洋温盐环流终止之外, 也可能受到诸如太阳辐射减少和赤道大洋的影响.最后讨论了有待加强的研究区域和未来的研究方向.

南海南部近20万年沉积序列与古气候变化关系

ＮＳ－９３－５柱状样取自南海南部陆坡的平缓台阶上，该处保存了晚第四纪以来正常海洋环境的稳定沉积记录．通过研究建立了南海南部海区高分辨率的近 ２００ ｋａ以来的沉积序列和氧同位素地层剖面．通过与ＧＩＳＰ２冰芯等的对比分析，初步揭示并探讨了末次间冰期以来反映短尺度气候快速变化的 Ｄ／Ｏ事件 １－２１和 Ｈｅｉｎｒｉｃｈ事件 Ｈ１～ Ｈ６在南海南部的沉积记录，表明近 ２００ ｋａ来南海南部与北极地区存在着古气候的遥相关和西太平洋暖池的不稳定性．研究还显示：该海区沉积层序的颜色分层与氧同位素地层具有很好的对应关系，沉积物颜色特征随气候而变化，前者一般滞后时间约１－１．５ ｋａ．认为由于气候变化引起海平面波动、通道启闭和上升流活动，造成该海区深层水的氧化还原条件随着水体的动态环境而改变，从而产生海底不同的沉积物特征．此外，在氧同位素 ４／５期界线处还发现了一个与 Ｔｏｂａ火山喷发有关的火山灰层，厚度约 １７ ｃｍ．

西菲律宾海末次冰期以来的浊流沉积及其古环境意义

菲律宾海西部吕宋岛岸外MD98-2188钻孔揭示末次冰期以来发生过数次浊流沉积事件。研究发现浊流沉积层具有密度高、颜色亮度大等物理特征,含有较多粗沉积组分和翼足类化石碎片,说明其来源于浅海沉积物。本文运用AMS ^(14)C测年和浮游有孔虫氧同位素建立精细的年龄模式,发现浊流沉积层段主要与末次盛冰期、冰期Heinrich变冷事件以及氧同位素4期等低海平面时期相对应,推测与千年尺度北半球气候冷期相关的海平面快速上升可能是西菲律宾海浊流沉积的触发原因。这对于认识快速气候变化的环境后果和开展西菲律宾海晚第四纪地层划分对比都有重要意义。

MIS2期南海北部粘土矿物记录的东亚夏季风快速变化

运用伊利石结晶度线性剥离法,定量计算了华南、台湾和吕宋这 3 个主要物源区对南海北部陆坡MD12-3432和MD12-3434两个岩芯(分别为50. 80 m和8. 33 m)MIS 2期粘土相对贡献量的时间序列变化.结果显示,台湾对两个岩芯的贡献最大(36%~62%),吕宋的贡献次之(28%~50%),二者之和一般大于90%,而来自华南的贡献最小(3%~17%).台湾和吕宋的贡献量呈现显著反向的千年时间尺度快速波动,二者贡献量随东亚夏季风增强或减弱而显著变化,因此,吕宋/台湾贡献量比值可以用于指示东亚夏季风的快速演化.吕宋/台湾粘土贡献量比值在B?lling-Aller?d和Dansgaard-Oeschger 2事件期间的增加,反映了同时期东亚夏季风的快速增强;而在Heinrich 1和Heinrich 2事件期间的减小,则指示了东亚夏季风的减弱.吕宋/台湾贡献量比值对东亚夏季风快速变化的指示,在一定程度上要明显优于蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比值.南海北部MIS 2期粘土矿物对东亚夏季风快速变化的响应具有明显的空间差异性,受洋流搬运扰动和物源控制作用影响,陆坡相对浅水区粘土矿物记录的东亚夏季风快速变化信息相对有限,而深水稳定的沉积环境则更有利于保存东亚夏季风快速变化信息.

4.2 kaBP事件

4．2kaBP事件大约是全新世中期，即大约5kaBP以来最强的一次气候突变，或快速气候变化。其特点是中纬度（45°N）以南到热带（15°N）包括北美洲、北非、地中海到中亚及东亚干旱。干旱期可能持续100～200年，降水量可能减少20％～30％。由于8．2kaBP事件是早全新世最强的一次事件，因此，

Simulation of Volume and Heat Transport along 26.5°N in the Atlantic

The observed meridional overtuming circula- tion （MOC） and meridional heat transport （MHT） estimated from the Rapid Climate Change/Meridional Circu- lation and Heat Flux Array （RAPID/MOCHA） at 26.5°N are used to evaluate the volume and heat transport in the eddy-resolving model LASG/IAP Climate system Ocean Model （LICOM）. The authors find that the Florida Cur- rent transport and upper mid-ocean transport of the model are underestimated against the observations. The simulated variability of MOC and MHT show a high correlation with the observations, exceeding 0.6. Both the simulated and observed MOC and MHT show a significant seasonal variability. According to the power spectrum analysis, LICOM can represent the mesoscale eddy characteristic of the MOC similar to the observation. The model shows a high correlation of 0.58 for the internal upper mid-ocean transport （MO） and a density difference between the western and eastern boundaries, as noted in previous studies.

11万年来河西走廊东部黄土沉积记录的百年分辨率东亚冬季风变化

在河西走廊东段的祁连山北麓与腾格里沙漠交接地带发育的较大范围的黄土堆积为探讨东亚夏季风西北缘的古季风演化提供了不可多得的天然素材。本研究利用甘肃武威沙沟剖面32.2 m的黄土-古土壤序列作为研究对象,开展了光释光测年和高分辨率的岩石磁学、环境磁学和全岩粒度分析,重建了该地区11万年来的古季风演化历史,并探讨了其驱动机制。结果表明:1)该剖面11万年来连续沉积的黄土-古土壤序列与邻近古浪剖面同期地层的全岩粒度表现出完全的可比性,二者的沉积速率均达30 cm/ka以上,记录了东亚夏季风西北缘千百年分辨率的气候快速变化特征;2)磁粒度参数M_(rs)/M_(s)和H_(cr)/H_(c)与中值粒径间良好的线性相关表明,研究区黄土磁学特征主要受控于冬季风强度主导的“wind vigor”模式;3)全岩粒度和磁粒度参数均记录了完整的Dansgaard-Oeschger旋回和Heinrich事件,表明北半球高纬气候对黄土高原西北边缘气候的深远影响和中-高纬北半球气候显著的遥相关过程,而由北大西洋经向翻转环流强弱所引起的北极海冰变化可能是导致东亚冬季风强度变化的最直接原因。