华北地区基于石笋和湖泊沉积物的过去13万年古气候重建

我国季风边缘区还缺乏高精度绝对定年的、能够覆盖末次冰期/间冰期旋回（过去13万年以来）的高分辨率的古气候记录。本项目拟对位于现代季风边缘区的华北地区获得的石笋样品进行研究，建立该区域过去13万年以来的高分辨率绝对定年的氧同位素代用指标记录；并将石笋研究结果与现代过程研究结果和邻近地区的15Ka以来的高分辨率湖泊沉积物研究结果（主要指具有明确降水量指示意义的陆地植被结果）进行对比，明确该区域石笋氧同位素代用指标的古气候指示意义；并最终建立该区域末次间冰期以来的古气候演化序列。通过将获得的古气候演化序列与其他研究结果进行对比，尝试阐明我国季风边缘区千百年至万年尺度上的气候演化特征及其可能的驱动机制。这样一项工作对理解我国中纬度地区气候变化规律、区域响应特征和驱动机制具有非常重要的意义，可以为我国的全球变化研究积累重要的基础数据，为学术界深入认识我国气候变化的规律提供较为重要的参考资料。

按照计划，对河北平山珍珠洞的石笋样品和临近的山西公海湖泊沉积物样品进行了年代测定和代用指标的分析测试。基于可信的年代框架，建立了珍珠洞过去13万年的碳/氧同位素序列，过去15ka的公海长链正构烷烃单体碳/氢同位素序列。对珍珠洞洞穴滴水和洞外大气降水，洞穴温度和洞内CO2浓度等进行了为期两年的观测。基于对所获得的现代过程和古记录数据的分析，获得以下一些主要的科学认识：1）过去13万年，无论是珍珠洞，还是中国南方的三宝和葫芦洞，其石笋氧同位素，在MIS5e，5c，5a和MIS3和MIS1这几个典型阶段都没有表现出明显的差异；然而，珍珠洞石笋和黄土高原西部地区的碳酸盐，其碳同位素都从MIS5e至5c/5a，至MIS3阶段，具有整体偏正的趋势，然后又向全新世MIS1偏负。这一现象说明，石笋氧同位素在轨道尺度的相位上记录了亚洲夏季风演化，但是在幅度上受到了其他因素，如温度，的调节；2）珍珠洞（黄土高原东部边缘）氧/碳同位素的相位一致性，以及珍珠洞和黄土高原碳酸盐碳同位素的高度一致性，表明黄土高原的植被发育对气候的响应敏感。在亚洲夏季风增强的阶段，该区域的植被发育良好，进而导致更多的同位素偏负的碳被保存在地层当中。已有研究结果表明该区域增强的植被发育有利于碳沉降，考虑到黄土高原巨大的面积和体量，我们的结果从地质学的角度表明，该区域进一步的生态重建和植被恢复，有利于碳沉降，从而有利于缓解全球大气CO2浓度升高；3）过去15ka，公海单烃氢同位素与临近的莲花洞石笋氧同位素具有良好一致性，表明它们分别记录了大气降水的氢/氧同位素变化。同一钻孔的单烃碳同位素所指示的植被和湿度变化，可以得到平行钻孔孢粉分析结果的支持，都表明研究区域的气候在中全新世（ca. 8-5 ka BP）较为湿润，且滞后于降水同位素偏负的早全新世约2-3 ka。初步的对比分析结果表明全新世期间，华北地区的湿度变化与赤道太阳洋西-东温差关系更密切，而该区域的降水同位素则与西太暖池的海表温度关系更密切，表明在亚轨道尺度上，水汽源区的温度对亚洲季风区的降水同位素有一定的影响。本项目所获得的研究结果，对深入理解季风边缘区过去13万年以来，轨道和亚轨道尺度上的气候变化历史和生态系统对气候变化的响应历史，具有重要的理论意义；也对未来大气CO2浓度升高，全球变暖进一步加剧的情景下，该区域的生态适应政策的选择具有一定的借鉴意义。