器测时期湖北永兴洞年层石笋季节分辨率δ18O气候意义研究

Abstract:How to interpret the stalagmite δ18O from Asian continent is a hotly debating topic in the paleoclimate studies. Based on two actively annually-laminated stalagmites from Yongxing cave, Hubei province, this project aims at detecting the controlling factors for the δ18O signal during the last 100 years. An annual growth of ~1mm is instrumental in obtaining seasonal-scale isotopic signals during the growth period. 230Th/210Pb dating and lamina counts enable an excellent age calibration. Moreover, two coeval samples can provide a rigorous test for their chronologies and the proxy data. Cave monitoring and analysis on the active calcite will be implemented to understand the transmitting mode and controlling factors for the δ18O signal in the cave water cycles. Combined with the instrumental records, this work will further assess and calibrate climate signals in the speleothem δ18O, and then discriminate the impact of different climate factors on the calcite δ18O, thus understanding changes in the monsoonal circulations and the dynamics under the global warming.

摘要：亚洲石笋δ18O指标环境机理备受关注，已成为国际古气候领域争议热点。为此，本项目选择两支来自湖北永兴洞正在发育的年纹层石笋，建立近百年δ18O年际变化序列，以期进一步认识其气候环境意义。在发育时段，石笋年纹层厚达~1mm，适于提取季节分辨率的同位素信号。而且，两支同时段样品有利于相互时标与代用指标交叉对比与可靠性检验。项目拟开展连续野外监测，采集洞穴环境变化及现代次生碳酸盐沉积相关数据，了解洞穴水循环过程中δ18O信号传递特征及影响因素，揭示季节尺度石笋δ18O变化与洞穴内、外气候与环境因子的响应关系。结合气象观测资料，进一步对比分析δ18O气候环境意义，解析和区分不同气候要素对δ18O的控制作用与贡献率，从而探讨全球升温背景下季风区水汽环流模式及其动力学机制。

年际-年代际尺度石笋氧同位素气候意义研究对理解短尺度季风环流特征及其动力学机制具有重要意义。本项目开展了对湖北永兴洞连续3年的逐月野外监测，发现洞穴滴水与新生碳酸盐沉积中δ18O变幅较大气降水δ18O明显减弱，推测归因于洞穴上覆土壤 “库效应”。利用永兴洞年纹层石笋重建了过去200年以来年际分辨率δ18O序列。与同区域和尚洞石笋δ18O曲线具有很好的重现性，说明其可能受控于共同的气候因子，指示了东亚夏季风大尺度环流特征。与印度夏季风指数对比，结果显示两者在年代际旋回特征上具有很好的相似性，但是呈反相位关系。进一步与ENSO指数对比，发现东亚(印度)夏季风年代际尺度变化与ENSO存在密切联系，揭示ENSO对亚洲夏季风变化的重要调制作用。器测时期气候变化研究是打通现代气候学与古气候学的桥梁。贵州省董哥洞两支年纹层石笋重建了过去1200年高分辨率δ18O记录。与指示区域干湿变化的碳同位素与年纹层厚度指标进行对比，发现三者具有很好的相似性，揭示石笋δ18O很可能反映夏季风降水变化。在太阳活动Spörer极小期，季风记录显示持续近百年的强季风时期。这一强季风事件对应于热带大西洋海表温增暖时期，表明这一时期热带海表温变化对低纬季风的影响可能超过太阳辐射。进一步与南美夏季风降水指标对比，研究发现在百年－数十年尺度上亚洲夏季风与南美夏季风存在明显的反相位关系，推测低纬季风可能受控于ITCZ或者ENSO。