中国黄土碳酸盐的镁同位素组成及其对季风降水的指示

Quantitative reconstruction East Asian monsoonal precipitation is crucial to further understand the monsoon climate change and its dynamics, and it also has scientific indication for predicting the future rainfall. However, as the traditional loess-based proxies are not sensitive enough to completely extract the monsoonal precipitation signals quantitative reconstruction of monsoonal precipitation remains poorly constrained. Magnesium isotope geochemistry provides an opportunity to address this issue. In this proposal, magnesium isotope of fine carbonate will be investigated for the first time on spatial and time-sequence in Chinese Loess Plateau. By integrated of modern precipitation data and traditional loess-based proxies (e.g., magnetic susceptibility, grain size, mineral composition and elemental ratios), our objectives are to build the quantitative relationship between Mg isotopic compositions and modern precipitation, and then to discuss the reliability of our reconstruction and its mechanism. After that, we will uncover the precipitation variations since last interglacial. This proposal will shed new insights into future change of East Asian monsoon precipitation and permit robust evaluation of the regional response to global climate change.

定量重建季风降水是深入研究东亚季风气候的演化过程及其驱动机制的关键，同时对预测未来降水变化趋势具有重要的科学指示意义。由于传统的黄土指标难以有效地分离其中的降水信号，因而制约了基于黄土记录重建季风降水的研究。镁同位素地球化学的发展为解决该研究问题提供了新的手段和思路。本项目拟在黄土高原地区选取空间表土样品和末次间冰期以来的序列样品，系统开展细颗粒组分黄土碳酸盐镁同位素组成的研究，结合现代降水资料和传统理化指标(磁化率、粒度、矿物组成和元素比值)，旨在空间上建立黄土碳酸盐镁同位素组成与降水的定量关系，探讨碳酸盐镁同位素重建降水的可靠性及其控制因素；在此基础上，揭示末次间冰期以来季风降水的变化特征。该项目研究将为重建季风降水提供新的思路，同时对科学评估全球环境变化的区域影响提供重要的依据。

东亚季风是中-低纬度地区最强的季风系统之一。它所携带的雨、热深刻地影响着该地区生态环境和人类社会的可持续发展。认识东亚季风的变化过程和规律，不仅可以拓展季风变化的相关理论，同时也可为未来气候变化提供科学依据。中国黄土风尘沉积是东亚季风的产物，为东亚季风的变化的研究提供了理想材料，但已有的黄土指标却难以有效区分离降水和温度的信号，阻碍了对季风变化过程的深入认识。因此，本项目开展了黄土次生碳酸盐镁同位素（δ26Mg）的相关研究，开发了示踪季风降水的新指标，为东亚季风变化研究提供了新手段。.主要认识：在黄土高原空间上，对全新世适宜期的黄土次生碳酸盐δ26Mg研究，发现从东南向西北，δ26Mg从-1.80‰降低至-3.33‰。该空间变化趋势受物源和温度变化的影响较小，因为源区碳酸盐的δ26Mg（-2.07‰）较为稳定、温度对碳酸盐δ26Mg的影响也较小（0.01‰/oC）。然而，该降低趋势与现代年均降水显著正相关（r2=0.84），表明降水是控制次生碳酸盐δ26Mg变化的主导因素。降水越高，轻Mg沉淀迁出土壤剖面的量越多，导致剩余溶液中残留的Mg同位素越重。假设溶液-次生碳酸盐分馏系数变化不大，那么沉淀的次生碳酸将具有较重的δ26Mg，反之则亦然。据此，重建了黄土高原南部末次冰期-间冰期降水的变化，与前人研究相比，我们的结果具有较大的波动和较小的误差。