基于观测的极端干旱事件在石笋地球化学记录中的印记与反演

极端异常气候影响洞穴岩溶水动力和水化学并在洞穴沉积物中遗留痕迹，因而高分辨率的石笋记录了过去事件发生的频率和强度，对了解气候事件发生成因机制十分重要。2006年夏季发生在重庆及其周边地区的极端干旱事件，对湖北清江和尚洞的岩溶水动力和水化学产生了直接的影响。本申请以该事件为切入点，利用洞穴现代地质过程的高频监测和模拟试验，开展长期的、连续的洞穴岩溶水化学行为和记录过程的综合调查，示踪干旱事件在岩溶系统和石笋地球化学记录中的行为特征，尤其关注事件后岩溶系统对气候要素的延时和缓冲等作用过程，力图揭示石笋记录中极端气候事件的全貌。项目的成功实施，可以帮助了解大气至洞穴石笋间气候信息的传递、转化和保存等过程，进而全方位地揭示气候事件在石笋记录中的表现形成，为最终利用石笋记录识别过去极端气候事件提供科学依据。

极端气候事件严重影响生态系统和人类活动，因而认识过去极端气候事件发生的规律、揭示其发生的机制并预测未来气候事件对人类社会可持续发展十分重要。异常气候改变洞穴岩溶水动力和水化学并在洞穴沉积物中遗留痕迹，使石笋具备了记录过去事件发生的频率和强度的潜能。本项目以湖北清江和尚洞为研究基地，通过洞穴现代地质过程的高频监测和模拟试验，开展长期的、连续的洞穴岩溶水化学行为和记录过程的综合调查，示踪干旱事件在岩溶系统和石笋地球化学记录中的行为特征，揭示石笋记录中极端气候事件的全貌，反演过去干旱事件的频率和强度。研究发现：（1）干旱事件主要以降水减少和湿度降低为标志性特征。2006、2011、2012和2013年降水量偏少、空气相对湿度低，是过去10年出现的4个干旱事件；（2）降水减少和空气湿度降低对和尚洞岩溶水动力和水化学产生显著的影响。随着降水减少，和尚洞洞内观测点滴水速率降低，岩溶水在含水层和洞穴内的滞留时间延长，滴水Mg/Ca和d18O升高。（3）极端干旱事件在石笋记录中留下了直接印记。干旱年份石笋碳酸盐Mg/Ca平均值高，季节变化幅度大。（4）对过去530年和尚洞石笋Mg/Ca记录进行了气候反演，识别出1490-1510、1570-1582、1610-1622、1630-1640、1655-1670、1700-1712、1748-1758、1770-1780、1790-1800、1840-1851、1865-1880和1970-2000AD等12个干旱时段；统计表明，小冰期出现的干旱事件频率高，强度大。利用季节分辨的石笋Mg/Ca和d18O对全新世早期的8.2ka气候事件进行了精确解剖，发现该干旱事件持续150年，其中极端干旱70年。事件持续时间和演化模式与格陵兰冰芯观测的完全一致，说明北大西洋和东亚季风之间存在有效的和快速的大气耦合。建议对和尚洞洞穴现代过程进行长期和连续的观测，获取更多的数据，夯实现有结论的同时，获得更重要的发现。