石笋与环境——石笋纹层形成的环境机理初探

石笋沉积的生长条带从剖面图式可分为两大类：一类没有明确的沉积旋回界面，难以按层计数，称为“生长纹理”；另一类具有确定的沉积旋回界面，可以按层计数，称为“生长层理”。石笋生长层理可以发展成为一类重要的断代工具。中国北方型微层的形成可能主要与干湿季变化明显的气候条件、以及富含有机质和碱性交换态离子的土壤类型密切相关。而南方型微层的形成可能主要与较长时间的降水和有机质淋滤以及盛夏高温少降水的配置有关。如果沉积物中某种要素对物源或水流通过路径的环境变化能够灵敏反应，并按一定的时间单元将这些变化记录下来。

湖北神农架年纹层石笋记录的YD与8.2ka事件转型模式研究

基于青天洞两支年纹层石笋QT16和QT40高分辨率δ18O序列,重建了Younger Dryas（YD）和8.2 ka期间季风突变细节过程。结果显示,亚洲季风强度在YD和8.2 ka事件内部并不稳定。在年层时标控制下,季风强度在YD早期最弱,随后缓慢上升,其间叠加三次百年尺度次级振荡;在8.2 ka期间,季风强度整体较弱,内部出现一次持续40 a左右的强季风事件,曲线形态类似＂W＂结构。运用＂方差法＂和＂RAMPFIT＂法分析显示,在两事件开始,季风衰减均表现出缓慢特征（转型时间占据事件整体历时的40%~50%）,但在结束期间季风迅速增强,相似变化模式得到了同区其他石笋记录的支持。与格陵兰冰芯记录对比发现,尽管高、低纬气候在两事件结束时段变化特征基本类似,但在两事件开始,亚洲季风衰减过程却显著长于北高纬气温变化。与低纬记录对比显示,热带水文变化在两事件开始阶段均表现出与亚洲季风基本一致的演化趋势,表明亚洲季风的突变过程可能具有鲜明的低纬特色。这些细节差异若得到更多高分辨率地质记录验证,将有利于进一步认识亚洲季风对突变事件的响应方式及其动力学机制。

末次冰消期东亚夏季风突变性的石笋年纹层记录

从两支石笋年纹层的交叉定年,可确定年生长速率变化时间序列,本文结合氧同位素分析结果,讨论了新仙女木事件、阿弗罗德波令暖期等百年至千年级全球性气候突变事件的转型方式、内部振荡旋回及冷暖/干湿组合特征,并且发现石笋年层厚度反映的气候变化过程与格陵兰GISP2冰芯具有相似的变化规律,证明石笋年纹层可以作为气候变化的代用指标.

DO3事件的湖北神农架高分辨率年纹层石笋记录

基于湖北神农架青天洞一支年纹层石笋（编号：QT15）高分辨 δ^18O序列，重建了29.4-27.4ka B.P.亚洲夏季风演化历史。QT15石笋 δ^18O在约27.9ka B.P.和28.7ka B.P.显著偏负，指示亚洲夏季风增强事件，分别对应于格陵兰冰芯记录的DO3事件和DO4事件。基于年层和高分辨率 δ^18O记录分析，石笋QT15记录的DO3事件具有3个阶段演化过程：第一阶段（28.04-28.01ka B.P.），亚洲夏季风在约30a内突然增强，对应于格陵兰地区该事件开始时的突然增温，揭示了北半球高、低纬突变气候事件的内在机制联系；第二阶段（28.01-27.91ka B.P.），亚洲夏季风呈现持续增强趋势，与格陵兰地区逐渐降温趋势相反，表明亚洲夏季风与格陵兰温度存在显著的区域差异；第三阶段（27.91-27.74ka B.P.），亚洲夏季风强度和格陵兰地区温度均显著降低，指示DO3事件结束。DO3事件确立后的季风持续缓慢增强与大西洋Cariaco海盆岩芯反射率记录基本一致，但明显不同于对应的格陵兰缓慢降温趋势。由此推断，在北半球突变事件诱发后，亚洲夏季风持续增强与赤道辐合带（ITCZ）北移以及越赤道气流增强高度耦合，与对应的格陵兰温度变化机制不同。

“8.2ka”事件的湖北神农架高分辨率年纹层石笋记录

基于湖北神农架青天洞1支长179mm石笋的8个^(230)Th年龄、890条纹层和445个氧同位素数据,建立了早全新世8.8~7.9kaB.P.时段平均分辨率为2a的亚洲季风气候记录。结果显示,8.34~8.10kaB.P.期间石笋δ^(18)O明显正偏,指示了一次持续约240a的弱夏季风事件。该弱夏季风事件与同期格陵兰冰芯记录的中心事件(在8.21kaB.P.,持续70a)及淡水注入模拟结果基本一致,表明"8.2ka"事件与淡水注入导致的大西洋经向翻转流减弱或关闭有关。然而,"8.2ka"事件发生前约120a,亚洲季风已开始逐渐减弱,与太阳活动明显减弱时间相对应,据此推测太阳活动可能对"8.2ka"事件具有一定的触发作用。

中全新世东亚季风年至10年际气候变率:湖北青天洞5.56~4.84ka B.P.石笋年层厚度与地球化学证据

中全新世年至10年际东亚季风气候变率及其动力学机制有助于深入了解当今全球气候变暖的自然变率贡献。本文基于湖北青天洞一支石笋的铀系年龄、年纹层计数、氧同位素和微量元素测量结果,建立了中全新世5.57~4.84ka B.P.时段平均分辨率为3~4年的东亚季风气候和洞穴地点环境演变序列。石笋年纹层由冬季亮色薄层和夏季暗色厚层组成,对应冬、夏季节层的δ^(18)O和δ^(13)C正负漂移与现今冬夏降水和岩溶环境同位素值变化基本吻合。然而,元素比值(Mg/Ca和Sr/Ca)揭示了冬夏季风降水与岩溶作用的复杂响应过程。在10年际尺度上,石笋氧同位素记录了3次间隔200年左右的弱季风事件,分别发生于5.56~5.50ka B.P.,5.26~5.20ka B.P.和5.01~4.94ka B.P.,每个事件大约持续60年,反映了太阳活动周期控制季风强度变化的频率。Mg/Ca和Sr/Ca比值与季风强弱变化不存在明显的对应关系,但其功率谱具有200年和40年左右周期,说明东亚季风气候和岩溶环境过程之间既有共同的控制因素又有不同的演化机理。

末次盛冰期南京降水记录中ENSO的演化

基于南京葫芦洞一支石笋TIMS-U系测年和纹层计数的交叉定年。获得丁末次盛冰期在24170～21222aBP时段石笋年纹层厚度的时间序列，主要反映了夏季风降水变率．小波分析揭示末次盛冰期连续3ka夏季风降水记录中厄尔尼诺一南方涛动（ENSO）周期和强度随时间的演化特征，该记录表明ENSO在末次盛冰期并非一直存在，有着高发期和平缓期。其爆发的频率和强度逐渐减弱。支持ENSO演化的“冰期阻尼效应”假说．

石笋记录的印度季风Heinrich 2事件结束过程

H2事件是发生于末次冰盛期的一次显著的气候突变事件,对理解千年气候事件和内部机制具有重要意义.然而,目前具有高精度和精确定年的H2事件气候记录依然很少,这在很大程度上限制了对H2事件起止时间、内部细节和触发机制的进一步研究.本研究基于印度东北部乞拉朋齐洞(Cherrapunji Cave)具有年纹层的石笋CHE-2 (总长940 mm)的21个U-Th年代、 2701条纹层的计数和259个δ18O数据,重建了25. 50~24. 76 ka B. P.和24. 38~22. 42 ka B. P.(99. 5~437. 0 mm样品段)期间石笋δ18O的高分辨率(24. 38~23. 08 ka B. P.时段平均分辨率8年,其他时段平均分辨率14年)、精确时间序列,刻画了印度东北部地区H2事件的结束过程和精细结构.研究表明,乞拉朋齐洞石笋记录的H2事件结束时段为 24. 280±0. 028~23. 436±0. 028 ka B. P.,共持续 844±3年,振幅约为1. 9‰,事件发生时间在误差范围内与东亚季风区石笋记录和格陵兰冰芯记录同步,在此期间,δ18O记录呈现了两次负偏过程(24. 28~24. 17 ka B. P.和23. 90~23. 44 ka B. P.)和一段相对稳定过程(24. 17~23. 90 ka B. P.),叠加了多个百年-十年际尺度的气候振荡.本研究得到的高分辨率δ18O精确时间序列对于改善气候模型和检验气候事件假说有一定意义.从亚洲季风区与高纬地区同时段H2事件记录的对比来看,其发生机制可能主要包括以下几个方面: 1)淡水注入北大西洋导致AMOC减弱,北高纬温度降低,推动ITCZ南移;北高纬温度变化的信号通过西风带和蒙古冷高压传递到亚洲季风区,从而影响亚洲夏季风;2)H2事件结束过程可能受到南极缓慢变暖的影响;3)低纬和青藏高原的变化也可能对H2事件产生复杂的影响.这些依然有待更多的高分辨率记录和气候模拟结果的进一步验证.