测试泥炭纤维素碳同位素组成对东亚季风变化的敏感性

Traditionally, the stable carbon isotopic compositions of peat cellulose in NE China have been generally used as indicators of the East Asian monsoon changes, based on the positive feedback between the monsoon intensity and precipitation,and on the negative feedback between precipitation and carbon isotopic compositions. However, these feedbacks are not supported by meteorological data, published carbon isotopic data or our pre-research data. In this project, the Luxiang,Jinchuan and Hani peatlands are selected for testing if these feedbacks are really present or valid. These peatlands have been evolving contiguously with the same or different time lengths. The relation between rainfalls and carbon isotopic compositions will be monitored in site for living sedges and mosses. The celluloses of sedge residues in peat profiles will be extracted for carbon isotopic analysis and their ages will be determined with the high-precision C-14 AMS technique. Together with analyses of peat decomposition degree and C/N ratio, we aim to ascertain of which climate parameter the carbon isotopic compositions of peat cellulose can be used as indicators or whether or not the carbon isotopic compositions of peat cellulose have sensitive responses to the East Asian monsoon change. This work is of important significance in terms of paleoclimatological interpretations of carbon isotopic data or high-frequency reconstructions of the East Asian monsoon variations.

传统的理论模式通常将东北泥炭纤维素碳同位素组成作为降雨量的代用指标，而降雨量又作为东亚季风强度的代用指标。现代气象观测数据、已经发表的泥炭纤维素碳同位素数据和我们在吉林3个泥炭剖面所做的预研究获得的数据均不支持这一理论模式。本项目拟通过吉林省双阳鹿乡、辉南金川、柳河哈尼3个彼此临近发育、具有相同时间长度或不同时间长度的泥炭剖面单种植物纤维素碳同位素组成、泥炭分解度、C/N比值等多指标综合分析，运用高分辨率取样技术和高精度AMS的C-14测年技术，结合现代气象观测数据分析及成炭植物苔草和泥炭藓纤维素碳同位素对现代气候参数的响应关系的实地监测，准确查明泥炭纤维素碳同位素组成到底可以作为何种气候参数的代用指标，并回答泥炭纤维素碳同位素组成能否直接作为东亚季风强度变化的代用指标这一重要科学问题。本项目对于泥炭纤维素碳同位素古气候意义理论体系的建立和东亚季风高频变化的重建具有重要意义。

东亚季风和南亚季风是亚洲乃至世界两个最大的气候系统，影响地球上一半以上人口的生存和社会经济的发展。季风系统在全球变暖背景下的演变预测需要重建季风系统的演变历史。过去10余年来，众多研究认为在受东亚季风影响的我国东北吉林地区的泥炭纤维素的碳同位素组成和在受南亚季风影响的我国西南四川地区的泥炭纤维素的碳同位素组成可以分别作为东亚季风和南亚季风的代用指标。主要理由是，季风强度和降雨量成正比，而泥炭纤维素碳同位素组成和降雨量成反比，所以，泥炭纤维素碳同位素比值降低表示季风增强，反之则表示减弱。然而，这一观点最近受到越来越多的质疑。在本项目中，我们获得了吉林三个泥炭地鹿乡、金川和哈尼过去5400年来泥炭中苔草纤维素碳同位素组成时间序列，并在金川和哈尼两处泥炭地建立了气象观测站，收集了近两年的气象数据，采集了泥炭地现代植物样本，测定了苔草植物叶片纵向上以毫米为单位的纤维素的碳同位素比值。用噪声适应的完全集合经验模态分解法（CEEMDAN: Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise）对这些时间序列进行分解，获得如下认知：（1）这些碳同位素序列的长期趋势不同，波动模式和波动周期不同，没有记录相同的季风气候信号，证明了泥炭纤维素的碳同位素组成不能作为东亚季风变化的代用指标；通过比对前人发表的四川红原和越西泥炭地碳同位素时间序列，也发现同样的事实，说明西南地区泥炭纤维素碳同位素组成不能作为南亚季风变化的代用指标；（2）观测的气象数据表明金川和哈尼气象因子高度相关，但泥炭纤维素碳同位素时间序列却不相关，从侧面证明泥炭纤维素碳同位素比值不能作为季风变化的代用指标；（3）现代植物苔草纤维素碳同位素组成对单一气候因子如降雨量的变化不敏感，而是对气温、降雨量和相对湿度的综合响应，也证明泥炭纤维素碳同位素组成不能作为季风变化的代用指标。（4）通过泥炭纤维素和石笋氧同位素时间序列的比对，得出同样的结论。这就证明了泥炭纤维素碳同位素组成不能作为亚洲季风的代用指标。