近十几年来,洞穴石笋由于定年准确、沉积连续、分布广泛、分辨率高等优点,逐渐成为古气候和古环境重建的“第四大支柱”。古气候学家通过亚洲季风区的石笋记录,
重建了晚第四纪以来亚洲夏季风的变化情况。然而,随着研究的深入,关于中国石笋氧同位素的气候环境意义解读在国内外引起了广泛讨论。一部分学者将中国石笋氧同位素与季风强度或者季风降雨相联系,而一部分学者认为中国石笋氧同位素指示了不同水汽来源相对贡献的变化。另外,Pausata等根据模拟结果,认为在Heinrich事件的时候中国季风区的石笋氧同位素受控于印度季风强度的变化,也即印度季风减弱,印度降雨的氧同位素偏重,相应输入到中国的水汽氧同位素也偏重。其模拟结果也显示,在Heinrich事件的时候,从印度到中国,降雨氧同位素的变化幅度逐渐减小。意味着中国石笋氧同位素代表了印度夏季风而不是东亚夏季风强度的变化。这一观点也得到了部分古气候学家的支持。

早期的研究表明,即使是在气候相对温暖且稳定的全新世,仍然存在一系列千年-百年尺度的快速气候变化事件。这些快速气候变化事件在格陵兰冰芯温度记录、北大西洋冰筏沉积、中低纬热带-副热带季风等众多古气候档案中均有检出。它们共同且突出的特征就是气候在较短时间内(通常在几十年甚至更短)相对于之前的平均态发生大幅度的突变,并持续数百年,然后再跳转回平均态。对于这些发生在温暖背景下的快速气候变化事件的过程及机理的研究将有助于我们理解地球气候系统的不稳定性特征并预测未来全球变暖预期下地球气候发生突变的风险性。

为了验证中国石笋氧同位素是否仅受控于印度季风强度的变化,中科院地球环境研究所“一带一路”气候环境研究中心谭亮成研究员团队,分析了陕南祥龙洞石笋氧同位素在25.5–10.9
ka BP期间的变化。研究显示在千年尺度上(包括H2, H1,
BA和YD事件),XL15氧同位素记录与格陵兰冰芯以及亚洲季风区其他石笋记录具有相似变化,且与南美季风区的石笋记录具有半球间的反相位关系,这体现出全球季风的一致性特点。然而,当对比Heinrich事件期间XL15和印度石笋氧同位素的变化幅度时,发现与Pausata等的模拟结果不同,Heinrich事件期间印度到中国的石笋氧同位素的变化幅度并没有显示出减小的趋势。而且在H1事件的突变模式上,中国石笋氧同位素显示出了三阶段的突变模式而印度石笋氧同位素则显示出了持续增加的突变模式。此外,在冰期-间冰期和十年尺度上,中国石笋氧同位素与印度季风区石笋氧同位素也存在一定的差异性,认为和中国东部石笋氧同位素同时也受到太平洋的影响有关。

在全新世一系列快速气候变化事件中,发生在距今8200年的快速气候突变事件(俗称8.2
ka事件)是最受大家关注的一次。研究表明这次事件可能是北美劳伦泰德冰盖在撤退过程中形成的冰川堰塞湖的快速坍塌导致的,大量淡水短时间内迅速注入北大西洋,导致温盐环流减弱甚至终止,北大西洋地区快速降温。从格陵兰冰芯的温度记录来看,8.2
ka事件时温度下降了6度甚至更多,远远超过了其他全新世气候震荡的幅度,成为格陵兰冰芯中最强的全新世快速气候突变事件。

为了提取出H1事件期间纯太平洋的信号,研究人员将受印度洋和太平洋共同影响的XL15氧同位素记录减去仅受印度洋控制的印度Mawmluh洞石笋记录,发现其与西太平洋暖池海表温度显著负相关关系。西太平洋暖池海温升高会增强菲律宾周围区域上空对流活动,导致西太副高和雨带北移,来自单一太平洋水汽(此处已经排除印度洋的水汽)的雨量效应导致XL15石笋氧同位素偏负。以上研究结果表明中国石笋氧同位素不仅仅只是受控于印度季风变化,印度夏季风和东亚夏季风都会对其产生影响。

图片 1

该成果于2月12日在线发表于知名学术期刊《Climate
Dynamics》上,第一作者为博士生李东(Dong Li, Liangcheng Tan*, Yanjun
Cai et al. 2019. Is Chinese stalagmite δ18O solely controlled by the
Indian summer monsoon? Climate Dynamics.

图1:格陵兰冰芯记录的全新世温度变化,8.2ka左右的降温突变幅度为全新世最大,远大于9.2ka。

本项工作得到了国家重点研发计划(2017YFA0603401)、陕西省杰出青年科学基金(2018JC-023)以及中科院青促会和西部之光人才培养计划的资助,是中科院地球环境研究所“一带一路”计划的系列研究成果。

但是,最新的研究结果显示,在亚洲季风区,情况可能跟高纬地区存在显著差别。中科院地球环境研究所花粉与热带气候变化实验室研究人员利用我国中部湖北神农架大九湖泥炭沉积物的元素地球化学、同位素地球化学及孢粉记录,探讨了8.2
ka 和9.2 ka左右亚洲夏季风的变化特征及其可能的机制。结果显示,9.2
ka左右大九湖盆地泥炭发育中断,流域化学风化强度明显减弱,乔木植物减少,草本植物增加,森林系统更开放,表明东亚夏季风降水显著减少,其突变幅度远远超过了8.2
ka事件。综合分析中国石笋季风记录,青海湖、山西公海、广东湖光岩等湖泊季风记录,以及印度季风区的海洋沉积、石笋等季风记录,发现9.2
ka季风突变幅度大于8.2 ka事件的现象在亚洲季风区普遍存在,并且9.2
ka事件有可能是亚洲季风区全新世突变幅度最大的一次季风减弱事件。

论文链接:

图片 2

相关文章