长江中游高分辨率石笋记录的Heinrich4事件古水文变化特征研究

Speleothem oxygen isotope records from China have revealed that East Asian monsoon underwent a series of millennial-scale climate variability during last glacial, such as ‘Heinrich Events’. However, the change of oxygen isotope is mainly reflected upstream rainout integrated between different moisture sources en route to the cave sites, but not local rainfall. Our previous study indicated that trace element ratios from the stalagmite in the Haozhu Cave, such as the Sr/Ca, Mg/Ca, Ba/Ca, could be used to reflect local hydrological changes. Through the combination of speleothem trace element records and climate model simulations, we reconstructed the hydroclimate changes during last deglaciation in the middle Yangtze River. In this study, we will first conduct a series of cave monitoring work in the Haozhu Cave to confirm the mechanism between speleothem trace element changes and regional precipitation. After that, we will conduct high resolution carbon/oxygen isotope and trace elements research upon two contemporary and layer-characterised stalagmite samples during Heinrich Event 4 (HE4). Besides, we will use the coupled speleothem trace element and climate model to reveal the hydroclimate changes during HE4 and the linkage between millennial-scale abrupt climate changes and East Adian hydrological response.

石笋氧同位素记录表明末次冰期东亚季风环流存在一系列千年尺度的显著变化。但是，由于氧同位素的变化主要反映水汽从源区向沉降地区传输过程中水汽剩余比的差异，因而不能用来指示区域降雨的变化。项目申请人前期研究发现，湖北豪猪洞石笋中的微量元素指标（如Sr/Ca，Mg/Ca，Ba/Ca等）具有很好的记录区域古水文变化的潜力，通过石笋微量元素记录和古气候模拟的结合，重建了长江中游末次冰消期的古水文过程。本项目首先通过洞穴现代过程研究，明确豪猪洞石笋微量元素指标与区域降雨之间的响应机制。然后对两个生长时段相同，且具有年层特征的石笋样品进行高分辨率的碳氧同位素和微量元素研究，同时借助古气候模拟，探究末次冰期H4事件演化过程中长江中游古水文变化特征，为揭示末次冰期千年尺度气候突变和东亚古水文之间的联系提供依据。

末次冰期包含有一系列的千年尺度的气候事件，其中H4事件对应的冰筏碎屑规模最大，其对应东亚季风强度减弱也最为显著。因此，H4事件是末次冰期千年尺度气候事件的典型代表。研究H4事件气候转变过程中长江中游古水文特征及其驱动机制，可以为揭示末次冰期千年尺度事件与本区域古水文变化之间的规律提供很好的理论依据。本项目利用鄂西豪猪洞生长时段相同，且具有清晰纹层的两个不同石笋样品，通过对其中的碳氧同位素，微量元素Mg/Ca，Sr/Ca，Ba/Ca等多种代用指标进行高分辨率的分析，重建本区域末次冰期H4事件演化过程中区域古水文演化序列。.（1）基于石笋纹层计数和U-Th定年技术相结合，建立豪猪洞HZZ41B石笋高精度年代框架，通过高分辨率的氧同位素分析，精确限定和H4事件的时间框架。H4事件发生过程中，东亚夏季风呈现两阶段的减弱过程。第一阶段的减弱开始于40.25 ka，石笋δ18O快速正偏，持续时间222年，之后东亚夏季风记录进入了一个相对稳定的平台期，约 504年，在39.5 ka左右，东亚夏季风出现第二次快速的减弱，持续时间163年。.（2）基于高精度石笋氧同位素记录，揭示出H4事件时期，东亚夏季风和南美夏季风系统变化节拍相似，变化趋势截然相反，其受北半球高纬度冰盖淡水输入的影响，北大西洋径向翻转环流（AMOC）快速减弱，导致赤道与北半球高纬度地区温差梯度加大，导致热带辐合带（ITCZ）位置南移，进而导致东亚夏季风的减弱和南美夏季风加强。.（3）通过豪猪子洞HZZ41B石笋微量元素比值与δ18O对比，在H4事件的持续时间内，东亚夏季风强度与区域水文变化呈现相反的相位关系。H4事件早期东亚夏季风的快速减弱并没有减少年降雨，反而是呈现了降雨增加的趋势，当东亚夏季风减弱到最弱时，对应长江中游最湿润时期。与H1事件类似，H4事件演化过程中，中国中东部干湿变化也表现出百年尺度上的季风减弱-气候转湿（季风增强-气候转干）的特点。