26―10 ka 冰漂碎屑事件内部结构特征的高分辨率石笋记录研究

It has critical implications for interpreting modern extreme events to study internal structures of extremely cold and dry events in geological time. This proposal aims to investigate internal structures and their common characteristics of four successive ice-rafted debris (IRD) events occurred in the North Atlantic during the interval of 26–10 ka. This study is based on two stalagmites from Longfugong Cave, Mt Shennongjia, Hubei, China, which have high U levels (4–7 ppm) and high growth rates (180–200 µm/a), and therefore high-precision U/Th dates and high temporal resolution. Both stable isotope composition records and trace element data are used to comprehensively study the detailed behavior within these IRD events. A replication test is run on centennial to multi-decadal scales between two calcite δ18O records derived from the two stalagmites. This test can produce more reliable time-series of the Asian climate. In combination with the cave monitoring result and the physical and chemical knowledge of associated trace elements, detailed comparisons between the δ18O and trace element records could uncover intrinsic links between the two proxies, with the δ18O representing large-scale atmospheric circulation and the trace element representing local climatic and environmental conditions. Also, this comparison contributes to comprehensively interpret the regional response to IRD events in the North Atlantic. By comparing with other Asian stalagmite records and records from high and low latitudes, our records have the potential to constrain duration of the IRD events. Our work allows us to explore systematically the interval structures and their common features and thus evaluate the dynamic mechanism for occurrences of IRD events.

研究地质历史时期极端干冷事件的内部结构特征对解译当今极端气候事件有重要启示意义。本项目以湖北龙腑宫洞两支铀含量高 (4–7 ppm)、生长速率快 (平均180–200 µm/a) 的石笋为研究对象，基于高精度U/Th年龄，采用稳定同位素和微量元素等地化指标，研究26–10 ka四个连续的北大西洋冰漂碎屑事件的内部结构变化特征和共同变化规律。对这两支高分辨率石笋氧同位素记录在百年―数十年尺度上进行交叉检验，获得高质量亚洲气候演化序列。通过石笋氧同位素与微量元素记录的对比研究，结合洞穴监测结果和相关元素地化特征，分析反映大尺度环流信号的石笋氧同位素与反映局地气候环境的微量元素的内在联系，综合认识北大西洋冰漂碎屑事件的区域响应和行为特征。通过与亚洲其他石笋和高低纬记录对比，标定北大西洋冰漂碎屑事件的持续时间。系统考察这四个连续事件内部结构的共同特征，评估北大西洋冰漂碎屑事件发生的动力学机制。

不稳定性作为全球气候演化的主要特征，是全球古气候学界研究的热点。其中，尤以变化幅度较大的突变事件研究最多，也最为深刻。如Heinrich(H)事件和DO事件被广泛的记录到全球众多不同的地质记录中，被认为是冰期和冰消期气候变化的主旋律。在间冰期，尽管突变事件的变化幅度较冰期时小，但是类似的突变事件也贯穿其中。如全新世期间发生的8次冰漂碎屑事件似乎类似于末次冰期的H事件，是末次冰期气候的延续。那么，系统地研究这类事件的内部详细结构特征不仅有利于理解突变事件的驱动机制，而且还有利于明晰东亚气候在极端气候背景下的历史变化模态，从而为当今极端气候事件的机制和模型预测研究提供基础数据。.对于冰期和冰消期千年尺度东亚季风区和H和DO事件的响应特征及驱动机制研究。湖北龙腑宫洞石笋δ18O记录，揭示了末次冰消期YD(即H0)事件内部存在的百年尺度弱季风事件的变化特征与H1事件的内部结构特征十分相似，可能与热带大洋水汽输送变化导致的亚洲季风区水文循环异常以及太阳活动密切相关。此外，湖北永兴洞石笋δ18O记录揭示出在冰量较大的MIS4期东亚季风区确实发生了持续较短的DO18事件，其特征不同于格陵兰冰芯记录的快速开始和快速结束(60年)的对称变化，而呈现出快速增强但缓慢结束(持续达1500年)的不对称结构。与北大西洋温盐环流(AMOC)变化在形态特征和持续时间上高度一致，揭示出AMOC对东亚季风区DO事件的重要调控作用。.对于间冰期内部突变事件的区域对比及与全球联系的研究。湖北石笋δ18O记录显示末次间冰期内部~121.6 ka时亚洲季风快速转弱，与南美夏季风减弱以及北半球mid-Eemian快速降温对应，暗示在较暖的末次间冰期大尺度气候变化特征。δ18O记录在~120 ka时正偏3.5‰，揭示出末次间冰期亚洲季风的快速结束受控于北半球太阳辐射变化。此外，晚全新世小冰期事件的研究指示出小冰期时东亚夏季风水循环减弱，小冰期时中国南北部夏季风降水在短尺度上可能存在着区域差异。太阳总辐照度和北半球温度变化对东亚夏季风水文变化有重要驱动作用。