中国中部石笋氧同位素记录研究揭示全新世东亚夏季风的变率及其环境影响
全新世这一最近的地质时代，因其气候和环境的变化和人类发展有着密切的联系，并且中全新世的气候和未来全球增温情景具有相似性而受到越来越多的关注。在东亚地区，包括黄土、湖泊、泥炭、石笋和沙丘沉积物等古气候档案被广泛用来研究全新世气候和环境的演变。迄今为止，这些记录重建的中国东部全新世的降水变化具有显著的空间差异性；而且已有研究大多集中在全新世长趋势的变化上，而对百年-十年尺度的变率研究较少。另一方面，气候变化对文化发展具有重要的影响，新石器文化的兴衰和全新世气候密切相关。我国中部地区是南方亚热带湿润气候和北方暖温带半干旱气候的过渡带，既是理解东亚季风时空变异的关键区域，也是现代农业生产和中国古代文明演化发展的核心地带。为此，在我国中部平原地区建立精确定年、高分辨率的气候环境变化记录，深刻理解东亚季风的时空变率及其影响，就显得尤为重要。
最近，蔡演军及其团队成员利用中国中部河南马沟洞的5支石笋，使用66个高精度铀系年代，测试3846组氧碳同位素，建立了约4年分辨率的东亚季风气候记录。结合中部地区附近的九仙洞，老母洞/东石崖洞石笋氧同位素记录，构建了中部地区全新世石笋氧同位素变化数据集（图1）。EEMD（集合经验模态分解）和小波滤波两种方法对马沟洞石笋氧同位素的多尺度分解均表明：轨道尺度东亚季风变化受控于北半球夏季太阳辐射变化，而在全新世大暖期内部（8.5-4.9ka BP），千年和百年尺度的（500-3000年和100-500年）的变化幅度有所减小，揭示在温暖期千年和百年尺度气候波动对区域降水影响的减弱。此外，在全新世大暖期识别出来包括8.2ka事件的14次持续20-70年的弱季风事件（图2）。鉴于除了8.2ka事件，其他全新世大暖期的弱季风事件并没有在格陵兰冰心中发现，而热带海温变化对副热带高压具有显著影响，进而提出热带海表温（SST）的变化对这些弱季风事件的形成起到重要作用。尽管全新世内部存在不同尺度的季风气候事件，但由于位于亚热带湿润气候和暖温带半湿润气候过渡带，中部地区的季风降雨变化基本处于相对适宜的范围内。这种温和的降水变化允许和维持了中原地区连续的文化发育，但是仍然调制了不同文化的生计和适应措施。
该成果近期发表在《Earth and Planetary Science letters》。研究得到国家重点研发 (2017YFA0603401)、中国科学院战略性先导科技专项（XDB 40010200）、国家自然科学基金（41888101)和西安交通大学青年人才支持计划等的资助。
Cai Yanjun*, Cheng Xing, Ma Le, Mao Ruixue, Breitenbach, S.F., Zhang, Haiwei, Xue, Gang, Cheng Hai, Edwards, R.L. and An, Zhisheng, 2021. Holocene variability of East Asian summer monsoon as viewed from the speleothem δ18O records in central China. Earth and Planetary Science Letters, 558, p.116758.
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X21000170。
图1 马沟洞石笋氧同位素和中国中部其他石笋氧同位素的对比 a)马沟洞（红色）和河南老母洞/东石崖（绿色和黄绿色）石笋氧同位素对比 b)马沟洞和九仙洞（蓝色）石笋氧同位素的对比 c) 老母洞/东石崖和九仙洞石笋氧同位素的对比
图2 全新世大暖期（8.5-4.8ka BP）石笋氧同位素和西太暖池海表温（SST）的对比分析 a)和尚洞石笋氧同位素 b)董哥洞石笋氧同位素 c)马沟洞石笋氧同位素 d) MD-98-2178钻孔SST序列
附件下载：