石筍Mg/Ca比值記錄的三峽庫區(qū)小冰期氣候變化

李國軍 楊勛林 張?jiān)旅? 李辰絲 呂春艷

摘 要：利用采自三峽庫區(qū)水鳴洞石筍（NSM03）的測年數(shù)據(jù)、微量元素Mg/Ca比值為氣候環(huán)境指標(biāo)，并結(jié)合石筍δ18O記錄分析三峽庫區(qū)小冰期時(shí)期的氣候變化。研究結(jié)果顯示Mg/Ca值，在AD1280開始迅速減小，并持續(xù)至AD1300，石筍δ18O記錄也顯示在AD1280～1300期間明顯快速偏重，表明季風(fēng)迅速減弱，降水持續(xù)減少，庫區(qū)進(jìn)入小冰期。石筍微量元素比值記錄表明，在小冰期時(shí)期內(nèi)部存在明顯的降水波動(dòng)情況，尤其是在AD1400～1650期間，微量元素比值出現(xiàn)大幅度的震蕩，表明季風(fēng)降水在這一時(shí)期處于頻繁波動(dòng)期。

關(guān)鍵詞：石筍 微量元素 小冰期 三峽庫區(qū)

中圖分類號：P532 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0204-03

小冰期是近千年以來重要的氣候重要事件之一，目前人們主要通過石筍、冰芯、湖泊記錄等代用指標(biāo)來研究這一氣候變化事件，并且取得了一定的成果。研究表明小冰期時(shí)期的氣候并非一直保持寒冷狀態(tài)，內(nèi)部出現(xiàn)了冷暖交替的情況[1]，尤其是在AD1400～1650時(shí)段，降水季風(fēng)處于頻繁波動(dòng)期[2]。目前小冰期的研究還存在起止事件不確定、內(nèi)部氣候波動(dòng)和驅(qū)動(dòng)因素不明確的爭議。該文采用石筍微量元素Mg/Ca比值重建長江三峽庫區(qū)小冰期古氣候變化歷史，獲取高分辨率的氣候信息，探索小冰期氣候的形成時(shí)間及其內(nèi)部的氣候波動(dòng)，補(bǔ)充當(dāng)前研究中的不足。

1 研究區(qū)概況與分析方法

石筍NSM03采自重慶市豐都縣水鳴洞（29°47′00″N，107°47′00″E）。水鳴洞坐落于龍河峽谷內(nèi)，與雪玉洞毗鄰，位于中國西南地區(qū)（29°33′18″～30°16′25″N，107°28′03″～108°12′37″E），處于三峽庫區(qū)內(nèi)（見圖1）。石筍NSM03采自于大廳，總長90 mm，柱狀。石筍的測年樣品共7個(gè)，每個(gè)樣品約重150 mg，在臺灣大學(xué)地質(zhì)系高精度質(zhì)譜與環(huán)境變遷實(shí)驗(yàn)室使用MC-IC-MS Neptune測試，年齡誤差≤1%（2σ），具體方法參見Shen[3]；石筍微量元素取樣是沿石筍中心軸鉆取，每個(gè)微量元素樣品重約1mg，共取89個(gè)樣品，樣品是在西南大學(xué)地球化學(xué)與同位素實(shí)驗(yàn)室完成的，使用分析儀器為Element XR型ICP-MS和Optima-2100DV全譜直讀型ICP-OES。

2 討論與分析

2.1 石筍的定年方法

利用石筍進(jìn)行古氣候的重建，首先要確定石筍的年代，鈾系定年是目前應(yīng)用最廣泛的定年方法。石筍NSM03共測試了7個(gè)230Th年代數(shù)據(jù)（表1）。

2.2 石筍Mg/Ca比值的氣候意義

目前石筍δ18O記錄已經(jīng)廣泛應(yīng)用于古氣候重建，前人研究結(jié)果表明[4]：石筍δ18O的變化主要受季風(fēng)環(huán)流強(qiáng)弱和季風(fēng)降水的影響，石筍δ18O越輕，指示夏季風(fēng)越強(qiáng)，降水量越大，氣候暖濕；反之亦然。

目前石筍Mg/Ca值的古氣候意義還存在爭議。巴西南部晚更新世石筍記錄研究顯示Mg/Ca值和季風(fēng)帶來的降雨量大小有關(guān)[5]。李清等對重慶梁天洞石筍Mg/Ca及其古氣候環(huán)境意義進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)石筍Mg/Ca與碳同位素具有明顯正相關(guān)關(guān)系，認(rèn)為可能與碳酸鹽先期沉積作用或滴率減小有關(guān)，因而間接地響應(yīng)了降水的變化[6]。在氣候較為干旱時(shí)期，巖溶水在圍巖滯留時(shí)間較長，CaCO3優(yōu)先從滲透水沉積，導(dǎo)致Mg/Ca比值增加[7]。通過圖2顯示，水鳴洞石筍Mg/Ca值曲線和δ18O曲線的變化趨勢基本一致，石筍δ18O值與Mg/Ca比值是呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，如在小冰期開始的時(shí)間，他們之間就有著相似的變化特點(diǎn)，表明水鳴洞石筍Mg/Ca比值與季風(fēng)降水量呈負(fù)相關(guān)，指示了降水量的大小。

2.3 小冰期氣候變化

石筍碳氧穩(wěn)定同位素用于古氣候和古環(huán)境重建相對于石筍Mg/Ca比值研究更為成熟，而且被普遍認(rèn)為是可靠的氣候代用指標(biāo)。在圖2中，對比石筍NSM03的δ18O值曲線和Mg/Ca值變化曲線，發(fā)現(xiàn)它們之間呈現(xiàn)比較一致的變化趨勢。

水鳴洞石筍NSM03的δ18O值和Mg/Ca值的曲線變化顯示小冰期的開始時(shí)間為AD1280～1300：石筍的δ18O值在AD1250顯示明顯偏輕，在AD1280迅速偏重，在AD1300前后滑入整條曲線的谷底，為本段記錄的500 a年間最重；Mg/Ca值在一階段也呈現(xiàn)了相似的曲線變化，一直是呈下降趨勢，在AD1280～1300更是出現(xiàn)了比較明顯的下降，并且降至此階段的最低點(diǎn)。由于對微量元素影響因素的復(fù)雜性和多元性，例如，微生物活動(dòng)強(qiáng)度改變土壤CO2濃度對Sr2+有較為顯著的影響，溫度變化對Mg2+的分配系數(shù)影響等干擾因素也是不可忽略的。這些因素的影響可能就會(huì)導(dǎo)致我們在分析小冰期時(shí)期的降水變化存在一定的不足，有待我們進(jìn)一步的分析和討論。

3 結(jié)論

該文利用重慶豐都水鳴洞石筍NSM03測年數(shù)據(jù)和Mg/Ca值并結(jié)合石筍氧同位素?cái)?shù)據(jù)重建了三峽庫區(qū)小冰期的古氣候和古環(huán)境信息，得出以下結(jié)論：水鳴洞石筍的Mg/Ca值可以反映亞洲季風(fēng)變化。亞洲季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)，降雨增加，溫度升高，石筍中Mg含量減少；反之亦然。微量元素比值變化曲線與石筍氧穩(wěn)定同位素值變化曲線具有較為一致的變化趨勢，證明石筍微量元素能夠較好的感應(yīng)到外界氣候的變化，可以作為記錄氣候變化的載體。

參考文獻(xiàn)

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