MIS4时期亚洲夏季风变化的高分辨率石笋记录

摘要

亚洲夏季风(Asian Summer Monsoon,ASM)是全球气候系统的重要组成部分，对于沟通南北半球气候变化之间的联系具有重要作用。近十几年来，科学家利用多种古气候记录载体针对ASM的演变进行了大量研究，然而，这其中高分辨率且具有精确定年的石笋记录主要集中于深海氧同位素阶段(Marine Oxygen IsotopeStages,MIS)1-3时期，MIS4时期的石笋记录多存在分辨率较低或记录不完整等不足。MI S4时期北半球夏季太阳辐射强度减弱，冰量上升、海平面下降，是末次冰期中与末次冰盛期相当的低温时期，研究这一时段，有助于全面理解末次冰期ASM的演化过程和驱动机制及其在全球气候系统中所起的作用。此外，最初发现于北大西洋沉积物岩芯记录的Heinrich(H)6事件的年代由于超过14C测年上限而一直存在争议，冰芯时标GICC05在早于60 ka BP时段的误差已超过2600年，急需得到校正。
　　本文以采自重庆市南川区金佛山羊口洞的JFYK7石笋和奉节县新崖洞的XY2石笋为研究对象，利用高精度的U-Th测年技术和氧稳定同位素分析技术建立了MIS4时期高分辨率的亚洲夏季风演变历史。通过与全球多种古气候记录进行对比探讨ASM的变化模式和可能的驱动机制，并且利用误差小于0.5%的230Th年龄对格陵兰间冰阶(GIS)和H事件的年代进行了精确标定，为冰芯时标的校正提供了参考。
　　通过分析石笋JFYK7和XY2的δ18O记录发现，在本文研究时段尽管在千年尺度上ASM变化与北纬30°夏季太阳辐射变化存在差异，但在轨道尺度上夏季太阳辐射仍是驱动ASM变化的直接动力。在千年尺度上，JFYK7和XY2石笋δ18O记录了5个亚洲夏季风偏强时期，分别对应于格陵兰冰芯记录的GIS17-21事件。此外还记录了3个δ18O偏正的时期分别发生在59.4-61.5 ka BP，70.9-73.1 ka BP，73.9-75.4 ka BP，这些亚洲夏季风减弱事件也可以在NGRIP记录中发现其相对应的冷事件。这表明在千年尺度上，亚洲夏季风主要受北高纬地区气候变化的影响。通过与葫芦洞、山宝洞石笋记录，阿拉伯海记录对比发现，尽管存在一些由分辨率和测年误差导致的差异，总体上在本文研究时段东亚夏季风与印度夏季风在千年尺度上的变化是一致的，可能是由于二者共同响应于北高纬地区的气候变化。与南半球巴西石笋记录对比发现，南美夏季风与亚洲夏季风之间在千年尺度上呈反相对应，可能是热带辐合带(ITCZ)位置的南北移动和Hadley环流的不对称变化所致。
　　利用误差小于0.5%的230Th年代，对GIS17-21的年代进行了精确标定。与冰芯记录对比发现，石笋JFYK7记录的GIS17的年代与NGRIP在GICC05时标下的记录在误差范围内非常一致，这也得到 ASM地区其他石笋记录的支持。石笋记录的GIS18的发生时间早于GICC05modelext冰芯时标，而在GIS19-21的年代上石笋记录又晚于冰芯记录。这说明冰芯GICC05modelext时标在该时段的精度需要进一步提高，而石笋记录可以为其提供参考。石笋JFYK7和XY2清晰记录了H6事件，这是在ASM地区的石笋记录中首次完整地发现H6事件，本文精确地将其起止时间分别标定为61.5±0.2 ka BP和59.4±0.2 ka BP。通过对亚洲季风区各地的古气候记录资料分析表明，H6时期亚洲夏季风强度显著减弱，南亚、中国北方和南方均为降水减少的干旱环境。
　　GIS18向H6的转换过程在格陵兰冰芯记录和北半球中低纬度地区的古气候记录中存在显著差异，中国石笋记录以及阿拉伯海岩芯记录均表现为GIS18向H6转变的过程中亚洲夏季风经历了长达4 ka的缓慢减弱过程，而格陵兰温度却在0.25 ka内迅速降低。通过对比南极冰芯记录我们推测，这种异常现象可能是南半球温度逐渐上升导致的热带辐合带(ITCZ)位置南移以及跨赤道气流减弱造成的。

目录

声明

第1章绪论

1. 1 选题背景及意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3 主要研究内容

1. 4 主要研究方法

第2章 研究区概况及样品采集与测试

2. 1 研究区域概况

2. 2 样品的采集与测试

第3章 石笋δ18O的解译

3. 1 平衡分馏检验

3.2 石笋δ18O的气候意义

第4章 MIS4 时期亚洲夏季风的变化及全球对比

4.1 MIS 4时期亚洲夏季风的演变历史

4. 2 与亚洲夏季风区古气候记录的对比

4. 3 与南美夏季风区石笋记录的对比

4.4 Toba火山喷发对ASM变化的可能影响

4. 5 本章小结

第5章 GIS 17-21事件年代的标定

5. 1 冰芯时标的建立及校正

5.2 GIS 17-21年代的精确标定

第6章 Heinrich 6和GIS 18事件

6.1 Heinrich 6事件年代的精确标定

6.2 Heinrich 6事件对ASM地区气候变化的影响

6.3 异常的GIS 18结束过程

6. 4 南半球气候变化对亚洲夏季风的影响

第7章 结论与展望

7. 1 结 论

7. 2 展 望

参考文献

致谢

附录

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