我国中部典型岩溶关键带氧碳同位素传输机制及对极端气候的响应

The earth's critical zone is a key area to maintain the function of the earth's ecosystem and human existence. The earth's critical zone is clear in the karst area, and strengthening the research of the karst critical zone will help solve and cope with the resources and environment problems in the karst area. We will continue monitoring Jiguan Cave areas for revealing the stalagmite oxygen and carbon isotopes mechanism based on the previous 8 years continuous modern cave monitoring in the southeast margin of the Loess Plateau, Western Henan Province in North China. We will further extend the research scope to the karst critical zone, and will increase the scientific observation and research scale. Research areas are very sensitively influenced by Asian monsoonal climate and near to the China geographical North and South boundaries in the typical central core area in China. The effect of stalagmite oxygen and carbon isotopes and trace element etc, environmental proxies changes transmission medium include the rock, soil, atmosphere, water and living beings etc, and then make sure the relationship with temperature, humidity and the monsoon index, ENSO and Human activities in study areas. According to the modern karst critical zone monitoring, the multi-proxy and multi-resolution of stalagmites and other geological records in Asian monsoonal climate areas, we will make a clear to the transmittable mechanism of climatic signal and climate significance for those oxygen and carbon isotopes proxies, etc. Moreover, we will analyze changes of the Asian Monsoon climate system and possible driving mechanism, and further validate various hypotheses on oxygen isotopes mechanisms of stalagmite in the monsoon region of China.

地球关键带是维系地球生态系统功能和人类生存的关键区域。地球关键带在岩溶地区结构清晰，加强岩溶关键带的研究有助于解决和应对岩溶地区的资源环境问题。在前期对我国北方地区黄土高原东南缘河南西部鸡冠洞连续8年监测的基础上，继续开展以揭示石笋氧碳同位素机理的现代洞穴监测研究，进一步将研究范围扩展到岩溶关键带，加大科学观测力度和规模。研究区位于受亚洲季风影响特别敏感的我国地理南北分界附近的典型中部核心地区，主要探究影响石笋氧碳同位素及微量元素等环境代用指标变化传输媒质中岩石-土壤-大气-水-生物等环境变化特征和温度/湿度、季风指数、ENSO及人类活动的关系。综合现代过程岩溶关键带监测和亚洲季风区多时间尺度、多环境代用指标石笋等地质记录的结果，进一步明确我国季风区氧碳同位素信号传输的机理及气候意义，分析亚洲季风气候系统变化的驱动机制，进一步验证中国季风区石笋氧同位素机理多种假说的有效性。

为了解决我国北方豫西地区洞穴石笋氧碳同位素记录信号对我国夏季风水汽传输响应本质的关键科学问题，本项目开展以揭示石笋氧碳同位素机理的现代洞穴监测研究，进一步将研究范围扩展到岩溶关键带。.主要研究内容包括：(1)洞穴现代监测及石笋记录对夏季风降水氧同位素信号传输的研究，主要揭示关键洞穴监测点的选择与厄尔尼诺-南方涛动(El Niño Southern Oscillation, ENSO)响应和过去200 年来季节分辨率石笋记录对ENSO 响应及与器测温度、降水的关系。(2)现代岩溶关键带碳同位素及微量元素监测对极端气候响应的研究，主要探究碳同位素和微量元素响应气候及环境变化的机制，深入研究这些环境代用指标与极端气候事件的关系，找出影响其变化的关键因素及控制机制。.研究发现：(1)基于对鸡冠洞区域降水、洞穴水和现代洞穴沉积物氧同位素的13年(2010-2022年)洞穴监测，发现在ENSO事件期间，西太平洋副热带高压(WPSH)在年际期间向西迁移，降水和滴水具有显著的正/负δ18O值，进一步验证了研究区东崖洞石笋记录的现有结论。(2)鸡冠洞洞穴滴水δ18O可以继承降水δ18O的信号，并响应太阳活动的变化，太阳活动是亚洲夏季风(ASM)的主要外部影响因素。过去太阳活动对氧同位素影响的研究只存在于石笋过去气候变化记录中，对于现代洞穴过程对太阳活动响应的研究几乎是空白。(3)δ13C信号在岩溶洞穴系统运移过程中不断富集，虽然滴水δ18O和δ13C都可以响应ENSO，但驱动机制不同。洞穴滴水δ13C反映受ENSO影响的降水量变化，而滴水δ18O反映与环流效应相关的降水δ18O水汽源的变化。由ENSO间接影响的滴水δ13C的变化可以同步转移到现代沉积物上。本项目的研究发现对合理利用这些环境代用指标进行石笋古气候及古环境重建有一定的现实和理论意义。