湖北神農(nóng)架年紋層石筍記錄的YD與8.2 ka事件轉(zhuǎn)型模式研究①

王 權(quán) 劉殿兵 汪永進(jìn) 鄧 朝

(南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 南京 210023)

0 引言

Younger Dryas(YD)和8.2 ka事件是末次冰消期以來(lái)最受關(guān)注的兩個(gè)氣候突變事件，兩者對(duì)比研究為認(rèn)識(shí)百年—千年尺度氣候突變細(xì)節(jié)過(guò)程提供了重要途徑［1-2］。在格陵蘭冰芯記錄中，YD和8.2 ka事件表現(xiàn)出很多相似之處，如冰芯δ18O值、冰雪累積速率和甲烷濃度等指標(biāo)均顯著降低［2］，但8.2 ka期間上述指標(biāo)變幅僅為YD事件的一半［1］。最近，高分辨率格陵蘭冰芯多指標(biāo)分析結(jié)果顯示，8.2 ka期間僅δ18O和CH4指標(biāo)變化顯著，其他指標(biāo)如Ca2+和Cl-濃度變幅很小，表明大氣環(huán)流對(duì)8.2 ka事件響應(yīng)相對(duì)較弱［3］。Broecker等［4］進(jìn)一步指出格陵蘭冰芯記錄的YD和8.2 ka事件的轉(zhuǎn)型模式存在顯著差異，盡管格陵蘭冰芯δD在YD開(kāi)始變化極為迅速［5］，但其他指標(biāo)顯示該轉(zhuǎn)型過(guò)程持續(xù)約 200～250 a［5-8］，與 8.2 ka開(kāi)始期間極地氣候迅速變化顯著不同［9］。

在低緯地區(qū)，亞洲季風(fēng)在 YD結(jié)束時(shí)迅速增強(qiáng)［10-12］，與極地氣溫變化相似。這些洞穴記錄顯示，在YD開(kāi)始季風(fēng)衰減似乎比極地氣溫變化更為緩慢。來(lái)自中國(guó)東部及北部年紋層石筍記錄的Aller?d/YD轉(zhuǎn)換比格陵蘭冰芯δ18O記錄至少長(zhǎng)100 a［11-13］，這種轉(zhuǎn)型模式差異也得到了同區(qū)多個(gè)石筍記錄的支持［10，14-16］。與 YD 事件不同，8.2 ka 事件在北高緯地區(qū)異常顯著，而在低緯季風(fēng)區(qū)并不突出，僅表現(xiàn)為持續(xù)約400～600 a的氣候異常，這種差異被認(rèn)為與太陽(yáng)活動(dòng)周期性變化有關(guān)［17］。然而，最新高分辨率洞穴石筍研究表明，8.2 ka事件在低緯季風(fēng)記錄中廣泛存在［18-20］。在機(jī)制上，由于亞洲洞穴石筍揭示的8.2 ka事件與南美季風(fēng)變化呈反相位關(guān)系［19］，并且在內(nèi)部細(xì)節(jié)上與格陵蘭冰芯記錄一致［20］，因此該事件可能與北大西洋溫鹽環(huán)流變化有關(guān)。但是，Alley等［2］指出阿曼洞石筍記錄的8.2 ka事件轉(zhuǎn)型方式與格陵蘭冰芯存在顯著差異，即阿曼洞石筍記錄的該事件開(kāi)始過(guò)程比格陵蘭冰芯記錄更為緩慢，而結(jié)束過(guò)程則更為迅速，可能反映顯著的區(qū)域響應(yīng)模式或驅(qū)動(dòng)機(jī)制差異。

目前，由于高精度時(shí)標(biāo)不足和高分辨率材料匱缺等原因，YD和8.2 ka事件轉(zhuǎn)型模式對(duì)比研究仍較為薄弱。這些研究的深入開(kāi)展，將有利于認(rèn)識(shí)不同氣候背景下的季風(fēng)突變行為，并理解其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。如Broecker等［4］已經(jīng)注意到格陵蘭冰芯δ18O記錄的8.2 ka事件比YD事件開(kāi)始更為迅速，可能暗示其具有不同的響應(yīng)模式或驅(qū)動(dòng)機(jī)制。然而，已有研究主要集中于單一氣候突變事件細(xì)節(jié)過(guò)程及驅(qū)動(dòng)機(jī)制診斷，本文依據(jù)湖北神農(nóng)架青天洞的兩支年紋層石筍，建立了完整覆蓋YD和8.2 ka事件的亞洲季風(fēng)演化序列。基于這兩支石筍的早期研究成果［12，21］，本文對(duì) 8.2 ka期間石筍數(shù)據(jù)進(jìn)一步加密，進(jìn)而通過(guò)對(duì)比兩事件轉(zhuǎn)型模式，以期重新認(rèn)識(shí)末次冰消期以來(lái)亞洲季風(fēng)百年—千年尺度突變事件的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

1 研究區(qū)域、材料與方法

QT16和QT40兩支石筍采自湖北神農(nóng)架青天洞(110°22'E，31°20'N)，洞口海拔約1 630 m。該區(qū)域平均年降水量在1 500～2 000 mm之間，80%的降水集中在6～9月，平均年氣溫約為7.4℃。青天洞長(zhǎng)約50 m，上覆60～90 m厚的二疊系灰?guī)r。由于洞口狹窄，洞內(nèi)空氣與外界空氣交流不暢，洞內(nèi)相對(duì)濕度接近100%。

石筍QT16和QT40分別高242 mm和179 mm，沿生長(zhǎng)軸切開(kāi)并拋光，用直徑為0.9 mm的牙鉆共采集17個(gè)樣品用于230Th定年。該測(cè)試在美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)地質(zhì)與地球物理系同位素實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為ICP-MS，流程見(jiàn)Shen等［22］的描述，年齡誤差為±2σ。

穩(wěn)定同位素樣品采集采用刀削法，分別獲取了881組(QT16)和521組(QT40)氧、碳同位素?cái)?shù)據(jù)。測(cè)試工作在南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院同位素實(shí)驗(yàn)室完成，VPDB標(biāo)準(zhǔn)，采用碳酸鹽自動(dòng)進(jìn)樣裝置與Finnigan MAT-253聯(lián)機(jī)測(cè)試，每9個(gè)樣加測(cè)一個(gè)標(biāo)樣(NBS-19)進(jìn)行監(jiān)控，δ18O分析誤差優(yōu)于±0.06‰。

在兩支石筍剖面上可見(jiàn)垂直于生長(zhǎng)軸的水平紋層，由透明紋層與暗色紋層構(gòu)成季節(jié)沉積旋回。微層統(tǒng)計(jì)在Olympus巖相顯微鏡下進(jìn)行，通過(guò)CCD與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)計(jì)。QT16的紋層總數(shù)為2 388±82條，QT40為890±14條，統(tǒng)計(jì)誤差可能由透明紋層與暗色紋層邊界不清以及紋層在石筍邊緣產(chǎn)生彎曲造成。

樣品細(xì)節(jié)及測(cè)試結(jié)果見(jiàn) Liu等［12］和鄧朝等［21］的描述。為提高8.2 ka事件分辨率，本文對(duì)QT40進(jìn)一步加密，其平均分辨率達(dá)2年。YD數(shù)據(jù)見(jiàn)Liu等［12］。

2 結(jié)果

2.1 年層時(shí)標(biāo)的建立

實(shí)測(cè)年齡顯示，QT16發(fā)育于 13 420～10 850 a B.P.期間，QT40 發(fā)育于8 840～7 960 a B.P.期間，測(cè)試誤差最大為85 a，最小為30 a。紋層統(tǒng)計(jì)獲取的累計(jì)速率曲線與230Th實(shí)測(cè)年齡確立的累計(jì)速率曲線基本一致［12，21］。因此，可將獨(dú)立定年和紋層計(jì)數(shù)獲取的累積速率曲線進(jìn)行最大相關(guān)性匹配(相關(guān)系數(shù)r=0.99)，從而獲得兩支石筍的年層時(shí)標(biāo)?？紤]到測(cè)年樣平均跨1～2 mm寬度，QT16年層時(shí)標(biāo)的最大誤差約為110 a，QT40最大誤差約為115 a，其誤差評(píng)估包括測(cè)年誤差和年層統(tǒng)計(jì)誤差。盡管兩支石筍的年層時(shí)標(biāo)誤差均超過(guò)100 a，但通過(guò)紋層計(jì)數(shù)確定的相對(duì)年齡誤差較小，可以用來(lái)精確診斷YD和8.2 ka事件內(nèi)部細(xì)節(jié)以及轉(zhuǎn)型過(guò)程。年層時(shí)標(biāo)研建細(xì)節(jié)參見(jiàn)Liu 等［12］和鄧朝等［21］。

2.2 石筍δ18O序列

石筍QT16生長(zhǎng)于Aller?d暖期至早全新世階段(圖1A)，完整覆蓋YD事件。在石筍發(fā)育期間，δ18O在-9.6‰～-6.2‰之間波動(dòng)，平均分辨率約為3 a。其中，δ18O序列顯示了三次顯著偏正時(shí)期，分別對(duì)應(yīng)于 Aller?d 冷階(IACP，約 13 250 a B.P.)、新仙女木事件(YD，約12 970～11 530 a B.P.)和前北方期濤動(dòng)(PBO，約11 340 a B.P.)。IACP和PBO的振幅均超過(guò)1‰，而YD的振幅則超過(guò)2.5‰。YD開(kāi)始時(shí)，δ18O緩慢偏正，在約12 290 a B.P.達(dá)到最大值，然后呈現(xiàn)逐漸負(fù)偏趨勢(shì)(圖1A中黑色箭頭所示)，其間疊加三次持續(xù)約200 a的次級(jí)振蕩(圖1A灰色區(qū)域和數(shù)字所示)，振幅均超過(guò)0.8‰，接近YD事件振幅的1/3。在約11 540 a B.P.，δ18O迅速偏負(fù)，呈突變結(jié)束。

石筍QT40生長(zhǎng)于早全新世階段(圖1B)，δ18O在-9.9‰～-8.1‰之間波動(dòng)，平均分辨率約為2 a。在序列早期，δ18O呈現(xiàn)高頻振蕩。在約8 250～8 050 a B.P.，δ18O顯著偏正，振幅達(dá)到了1.3‰，反映亞洲季風(fēng)對(duì)8.2 ka事件的響應(yīng)。在事件開(kāi)始時(shí)，δ18O總體呈現(xiàn)緩慢偏正特點(diǎn)。在8.2 ka事件內(nèi)部，δ18O值在8 160～8 140 a B.P.和 8 100～8 080 a B.P.期間顯著增大，而在8 140～8 100 a B.P.期間相對(duì)減小，曲線總體特征表現(xiàn)為兩谷一峰，類似“W”型結(jié)構(gòu)。在約8 080 a B.P.，δ18O 突然偏負(fù)，標(biāo)志 8.2 ka事件結(jié)束。

圖1 QT16和QT40石筍δ18O序列IACP、YD和PBO分別指Aller?d冷階、新仙女木事件和前北方期濤動(dòng);灰色區(qū)域表示YD和8.2 ka事件內(nèi)部夏季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)段。Fig.1 δ18O records of Samples QT16 and QT40

2.3 YD與8.2 ka事件的起止時(shí)間和轉(zhuǎn)型特征

氣候突變表現(xiàn)為兩種顯著不同氣候態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，如果該過(guò)程是線性的，那么，可依據(jù)轉(zhuǎn)換前后氣候變率的不同，確定突變事件的起止時(shí)間。基于該假設(shè)建立的“RAMPFIT”法在古氣候研究中已得到廣泛應(yīng)用［23］，如 Fleitmann 等［18］運(yùn)用此方法證明阿曼 Qunf洞石筍記錄的早全新世印度季風(fēng)降水與格陵蘭氣溫同步變化。姜修洋等［24］用此方法證明了全新世適宜期結(jié)束時(shí)間在亞洲季風(fēng)區(qū)的不等時(shí)性。本文使用該方法分別對(duì)石筍QT16和QT40的δ18O序列進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1和圖2。結(jié)果顯示，QT16石筍δ18O序列在約13 059 a B.P.發(fā)生突變，暗示YD事件開(kāi)始。隨后，δ18O緩慢正偏，在約12 353 a B.P.進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期(即mid-YD)。mid-YD結(jié)束后，δ18O在約11 568 a B.P.快速負(fù)偏，并在11 526 a B.P.完成轉(zhuǎn)換，指示YD事件結(jié)束。對(duì)于石筍QT40，δ18O約在8 262 a B.P.發(fā)生突變，指示8.2 ka事件開(kāi)始。隨后，δ18O緩慢正偏，在約8 147 a B.P.進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期，一直持續(xù)到8 089 a B.P.。此后，δ18O迅速負(fù)偏，并在8 073 a B.P.完成轉(zhuǎn)換。

當(dāng)氣候突變發(fā)生時(shí)，各地質(zhì)記錄的數(shù)據(jù)同時(shí)表現(xiàn)為不同程度的偏離背景值，這種偏離程度也可以作為判定突變發(fā)生的依據(jù)。Thomas等［3］在分析8.2 ka事件時(shí)，將四支冰芯的δ18O數(shù)據(jù)合成，以 GRIP冰芯8 300～9 300 a B.P.期間δ18O的平均值為基準(zhǔn)，將偏離該背景值時(shí)段作為8.2 ka事件。Liu Y等［20］在利用和尚洞HS-4石筍δ18O分析8.2 ka事件時(shí)，計(jì)算了5 000～9 000 a B.P.期間該石筍δ18O的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，將超過(guò)1倍標(biāo)準(zhǔn)差的時(shí)期作為整個(gè)8.2 ka事件的發(fā)育時(shí)段，并且發(fā)現(xiàn)與Thomas等［3］的分析結(jié)果十分吻合。這類“方差法”的運(yùn)用可進(jìn)一步檢驗(yàn)“RAMPFIT”法分析結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)兩種方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。對(duì)QT16和QT40石筍δ18O序列進(jìn)行“方差法”分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2和圖2。結(jié)果顯示，YD跨越的時(shí)段約為12 750～11 530 a B.P.，8.2 ka事件跨越的時(shí)段約為8 200～8 080 a B.P.。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)(表2、圖2)，兩種方法獲得的YD和8.2 ka事件的結(jié)束時(shí)間幾乎一致，僅相差4 a和7 a。然而，兩種方法獲得的事件開(kāi)始時(shí)間分歧較大。對(duì)于YD事件，“RAMPFIT”分析結(jié)果比“方差法”結(jié)果早309 a;而對(duì)于8.2 ka事件，“RAMPFIT”分析結(jié)果比“方差法”結(jié)果早62 a。為了客觀評(píng)估YD和8.2 ka事件的開(kāi)始時(shí)間，本文對(duì)兩種分析結(jié)果取平均值(表2、圖2)。結(jié)果顯示，YD所跨的時(shí)段約為12 905～11 528 a B.P.，8.2 ka事件所跨的時(shí)段約為8 231～8 077 a B.P.。據(jù)此，本文評(píng)估的8.2 ka事件開(kāi)始及結(jié)束時(shí)間與 Thomas等［3］和 Liu等［20］結(jié)果基本吻合。QT40記錄的8.2 ka事件持續(xù)時(shí)間為155 a，與兩者的分析結(jié)果幾乎一致(格陵蘭冰芯顯示8.2 ka事件持續(xù)了 160.5 a［3］，而和尚洞石筍顯示為 150 a［20］)，表明“RAMPFIT”法和“方差法”可以可靠地判斷突變事件的起止時(shí)間。

圖2 青天洞石筍QT16和QT40記錄的YD與8.2 ka事件轉(zhuǎn)型模式對(duì)比灰色實(shí)線表示“RAMPFIT”方法分析結(jié)果;紅色點(diǎn)線表示“RAMPFIT”方法給出的事件開(kāi)始時(shí)間;灰色點(diǎn)線表示δ18O序列平均值;綠色點(diǎn)線表示“方差法”給出的事件開(kāi)始時(shí)間;藍(lán)色實(shí)線表示兩種方法的均值。Fig.2 Comparison of the transitional pattern of the YD and 8.2 ka event recorded by Samples QT16 and QT40

表2 YD和8.2 ka事件轉(zhuǎn)型過(guò)程兩種方法對(duì)比(a B.P.)Table 2 Comparison of the onsetting and ending time of YD and 8.2 ka event

基于上述分析，YD開(kāi)始轉(zhuǎn)型過(guò)程持續(xù)約550 a，占事件整體歷時(shí)的40%，而8.2 ka事件開(kāi)始季風(fēng)衰減歷時(shí)約為84年，占事件整體歷時(shí)的50%。盡管YD和8.2 ka事件是不同時(shí)間尺度的氣候突變事件，但是其開(kāi)始過(guò)程卻均表現(xiàn)出緩變趨勢(shì)，幾乎占據(jù)了事件總歷時(shí)的一半。然而，在兩事件結(jié)束期間，石筍δ18O卻均表現(xiàn)為“跳躍式”變化(圖2)，即兩支石筍記錄的YD和8.2 ka事件均表現(xiàn)出相似的開(kāi)始緩慢而結(jié)束迅速特征。考慮到QT16和QT40石筍δ18O序列均基于年層時(shí)標(biāo)，其相對(duì)年齡可靠，這種轉(zhuǎn)型模式可能是對(duì)真實(shí)氣候信號(hào)的響應(yīng)。

3 討論

3.1 區(qū)域?qū)Ρ?/h3>

已有的亞洲季風(fēng)區(qū)石筍研究顯示，YD結(jié)束時(shí)間在數(shù)十年誤差范圍內(nèi)幾乎一致，主要集中于11 500 a B.P.(圖3)。而在YD開(kāi)始階段，由于年齡模式、記錄分辨率及缺乏顯著突變等原因，使得其開(kāi)始時(shí)間難以界定。目前，石筍記錄的YD開(kāi)始時(shí)間主要集中于13 000～12 900 a B.P.。8.2 ka事件在不同石筍記錄中持續(xù)約150～170 a，由于采樣分辨率等原因，其起止時(shí)間及內(nèi)部振蕩存在顯著差異。青天洞記錄的YD和8.2 ka事件起止時(shí)間分別約為12 900～11 530 a B.P.和8 230～8 080 a B.P.，在測(cè)年誤差范圍內(nèi)與同區(qū)石筍記錄一致(圖3)，說(shuō)明青天洞QT16和QT40石筍的年層時(shí)標(biāo)及本文分析方法基本可靠。

通過(guò)與亞洲季風(fēng)區(qū)其他石筍記錄對(duì)比發(fā)現(xiàn)(圖3)，青天洞石筍QT16、葫蘆洞石筍H82、衙門(mén)洞石筍Y1和苦栗樹(shù)洞石筍BW-1記錄的YD事件振幅均在2.5‰～3‰之間［10-11，16］。在 8.2 ka 事件期間，和尚洞石筍 HS-4最新研究結(jié)果顯示，該事件振幅約為1.7‰［20］，而青天洞石筍QT40、董哥洞石筍 D4和 DA記錄的該事件振幅約為1‰［19］。由此可知不同洞穴石筍δ18O記錄的YD和8.2 ka事件振幅仍存在0.5‰～0.7‰的差異，這可能由分辨率、測(cè)年誤差和不同洞穴巖溶系統(tǒng)差異等造成。相比而言，在同一洞穴中，石筍δ18O記錄的8.2 ka事件振幅約為YD的1/3～1/2，與格陵蘭冰芯對(duì)比結(jié)果類似［1］。

“RAMPFIT”分析結(jié)果顯示(圖2)，在YD和8.2 ka事件開(kāi)始，QT16和QT40石筍記錄的季風(fēng)強(qiáng)度變化均呈現(xiàn)出緩慢衰減特征，而在兩事件的結(jié)束呈現(xiàn)快速增強(qiáng)特征。這種變化模式在同區(qū)其他石筍記錄中也均有體現(xiàn)。圖3顯示，葫蘆洞H82石筍、苦栗樹(shù)洞BW-1石筍和衙門(mén)洞Y1石筍在YD開(kāi)始轉(zhuǎn)型過(guò)程均超過(guò)300 a［10-11，16］。其他石筍如青天洞 QT 石筍和董哥洞D4石筍對(duì)該過(guò)程的評(píng)估將近400 a［13-14］。最近兩支年紋層石筍顯示，YD結(jié)束期間，季風(fēng)突變完成最長(zhǎng)不超過(guò)20 a［11-12］。同樣，石筍QT40記錄的季風(fēng)8.2 ka事件“開(kāi)始緩慢減弱，結(jié)束迅速增強(qiáng)”的特點(diǎn)也可以在同區(qū)其他石筍記錄中得到證實(shí)，如來(lái)自和尚洞石筍HS-4以及董哥洞兩支石筍DA和D4均顯示了與 QT40 相類似的轉(zhuǎn)型方式［19-20］(圖 3b，c，d)。這些對(duì)比說(shuō)明，亞洲石筍記錄的YD和8.2 ka“開(kāi)始緩慢減弱，結(jié)束迅速增強(qiáng)”的轉(zhuǎn)型模式具有區(qū)域普遍性。

圖3 亞洲季風(fēng)區(qū)石筍記錄的YD和8.2 ka事件a.湖北青天洞 QT40;b.湖北和尚洞 HS-4［20］;c，d.貴州董哥洞 DA 和 D4［19］;e.湖北青天洞 QT16;f.南京葫蘆洞 H82［10］;g.北京苦栗樹(shù)洞 BW-1［11］;h.貴州衙門(mén)洞 Y1［16］Fig.3 YD and 8.2 ka event from speleothem δ18O records in Asian monsoon area

3.2 高、低緯記錄對(duì)比及季風(fēng)突變驅(qū)動(dòng)機(jī)制

Aller?d/YD轉(zhuǎn)換在格陵蘭冰芯 δ18O中表現(xiàn)為200～250 a［5-8］，但是，在 YD 結(jié)束時(shí)，冰芯 δ18O 顯示格陵蘭地區(qū)在僅僅60 a內(nèi)升溫超過(guò)10℃［5］，其結(jié)束之快速在早期冰芯記錄中已經(jīng)得到證實(shí)［25-26］。與YD不同，8.2 ka事件的開(kāi)始在格陵蘭地區(qū)非常迅速，如GISP2冰芯記錄顯示，格陵蘭氣溫在不到20 a內(nèi)降低了(3.3±1.1)℃［9］。將亞洲季風(fēng)區(qū)石筍記錄(圖4c，f)與格陵蘭冰芯記錄(圖4a，d)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩地記錄的YD和8.2 ka事件在轉(zhuǎn)型模式上表現(xiàn)出如下差異:冰芯δ18O記錄的YD開(kāi)始轉(zhuǎn)型過(guò)程顯著慢于8.2 ka期間變化，盡管如此，與季風(fēng)YD開(kāi)始相比，低緯氣候在YD開(kāi)始變化顯得更為緩慢。其次，在8.2 ka開(kāi)始，極地氣溫表現(xiàn)為快速突變，而同期季風(fēng)衰減表現(xiàn)出緩慢特征，且相對(duì)歷時(shí)與YD開(kāi)始季風(fēng)變化具有極強(qiáng)的可比性。

從洞穴石筍同位素機(jī)理來(lái)看，石筍δ18O信號(hào)對(duì)雨水同位素組成具有繼承性。洞穴巖溶帶和上覆土壤可能對(duì)雨水具有調(diào)蓄作用，因此，“庫(kù)效應(yīng)”可能對(duì)洞穴滴水δ18O信號(hào)起到平滑作用［27］，從而導(dǎo)致不同洞穴的洞內(nèi)滴水對(duì)大氣降水的響應(yīng)時(shí)間可能不同。亞洲季風(fēng)區(qū)已有洞穴觀測(cè)顯示，不同滴水點(diǎn)對(duì)大氣降雨的響應(yīng)時(shí)間很短，約為 0～40天［28］。羅維均等［29］對(duì)貴州荔波涼風(fēng)洞的觀測(cè)表明，洞穴上覆土壤可能會(huì)削弱洞穴滴水δ18O值變化幅度，但兩者之間存在大致協(xié)調(diào)同步的季節(jié)變化。盡管本文缺乏連續(xù)野外觀測(cè)研究支撐，但距離青天洞約100 km的和尚洞滴水δ18O監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，洞穴滴水δ18O變化滯后大氣降水約1個(gè)月，且兩者均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)旋回［30］。因此，洞穴“庫(kù)效應(yīng)”應(yīng)該不是導(dǎo)致石筍記錄的YD和8.2 ka事件開(kāi)始過(guò)程緩變的主要原因。其次，本文對(duì)于兩事件轉(zhuǎn)型時(shí)間的評(píng)估是基于年層時(shí)標(biāo)，其年層統(tǒng)計(jì)誤差分別為±82年(QT16)和±14年(QT40)，對(duì)緩慢轉(zhuǎn)型評(píng)估結(jié)果貢獻(xiàn)很小。第三，從數(shù)十年尺度突變事件看，盡管圖3中各支石筍記錄存在細(xì)節(jié)差異，但I(xiàn)ACP、PBO及8.2 ka內(nèi)部季風(fēng)增強(qiáng)等事件在青天洞兩支石筍中均有體現(xiàn)，說(shuō)明本文采用的兩支石筍信/噪比較高，可精細(xì)捕捉季風(fēng)突變細(xì)節(jié)過(guò)程。

已有研究表明，亞洲季風(fēng)與北高緯氣候在末次冰期千年尺度突變事件依然存在類似差異。云南小白龍洞石筍δ18O與格陵蘭冰芯δ18O對(duì)比發(fā)現(xiàn)，中國(guó)間冰段12的開(kāi)始過(guò)程比格陵蘭氣溫變化顯著緩慢，并認(rèn)為南半球氣候，特別是低緯越赤道氣流起到了重要作用［31］。Liu等［12-13］認(rèn)為南半球越赤道氣流以及熱帶水文重組可能是亞洲季風(fēng)YD事件開(kāi)始過(guò)程緩慢的原因，而Ma等［11］認(rèn)為YD緩慢的開(kāi)始過(guò)程可能與此時(shí)北半球太陽(yáng)輻射增強(qiáng)有關(guān)。

高、低緯記錄對(duì)比顯示(圖4)，蘇祿海δ18Owater反映的熱帶大洋表層海水鹽度上升過(guò)程在YD開(kāi)始極為緩慢［32］(圖4e)。中美季風(fēng)區(qū)哥斯達(dá)黎加Venado洞的石筍δ18O指示當(dāng)?shù)丶撅L(fēng)降水，在8.2 ka開(kāi)始同樣呈現(xiàn)緩慢衰減特征［33］(圖4b)。盡管兩記錄已有的時(shí)標(biāo)精度難以滿足精細(xì)尺度氣候變化研究，但這些低緯水文記錄的變化過(guò)程與QT16和QT40石筍δ18O記錄極為類似，而與高緯氣溫變化存在顯著差異(圖4)。低緯海洋作為亞洲季風(fēng)降水的重要水汽來(lái)源，其水文狀況的變化可能引起大氣環(huán)流的改變，繼而對(duì)亞洲季風(fēng)產(chǎn)生重要影響［35-37］。如果青天洞記錄與這些低緯記錄的相似性得到更多記錄的支持，那么，在YD或8.2 ka事件早期，青天洞記錄的季風(fēng)緩變行為可能具有廣泛的區(qū)域意義，從而說(shuō)明低緯氣候突變事件可能具有其區(qū)域特殊性。

圖4 YD和8.2 ka事件的高、低緯記錄對(duì)比a.格陵蘭冰芯 NGRIP［34］;b.哥斯達(dá)黎加 Venado 洞石筍 V1［33］;c.湖北青天洞 QT40;d.格陵蘭冰芯 NGRIP［8］;e.蘇祿海鉆孔記錄［32］;f.青天洞QT16;灰色區(qū)域表示YD和8.2 ka事件的開(kāi)始過(guò)程。Fig.4 Comparison between high-and low-latitude records surrounding the YD and 8.2 ka event

本文利用同一洞穴石筍材料進(jìn)行兩事件對(duì)比研究顯示，亞洲季風(fēng)YD與8.2 ka事件的轉(zhuǎn)型過(guò)程具有相似特征，事件開(kāi)始季風(fēng)強(qiáng)度均呈現(xiàn)緩慢衰減，而結(jié)束卻共同表現(xiàn)為迅速增強(qiáng)。末次冰期以來(lái)亞洲季風(fēng)突變事件的時(shí)頻特征可能受北半球高緯控制［10，14］，但青天洞石筍記錄的YD與8.2 ka事件對(duì)比表明，亞洲季風(fēng)的突變過(guò)程具有鮮明的低緯特色。在此期間，全球大陸冰量開(kāi)始消退，北半球夏季太陽(yáng)輻射開(kāi)始增強(qiáng)，但氣候總體上尚處于高緯控制狀態(tài)。如果青天洞記錄揭示的季風(fēng)緩變行為在冰期典型突變事件中得以證實(shí)，那么，石筍δ18O信號(hào)對(duì)高、低緯，甚至南北半球氣候信號(hào)可能均有繼承性。

4 結(jié)論

(1)青天洞兩支年紋層石筍QT16和QT40高分辨率δ18O序列顯示亞洲季風(fēng)強(qiáng)度在YD和8.2 ka內(nèi)部并不穩(wěn)定。其中，季風(fēng)強(qiáng)度在YD內(nèi)部逐漸增強(qiáng)，并疊加三次百年尺度次級(jí)振蕩;在8.2 ka事件內(nèi)部則表現(xiàn)為一次40 a左右強(qiáng)季風(fēng)段和兩次20 a左右弱季風(fēng)段，類似“W”型結(jié)構(gòu)。

(2)數(shù)理分析研究發(fā)現(xiàn)，亞洲季風(fēng)強(qiáng)度在YD和8.2 ka事件開(kāi)始均表現(xiàn)為緩慢減弱，而在結(jié)束迅速增強(qiáng)，這與格陵蘭冰芯記錄差異明顯，卻與低緯水文記錄具有相似性。因此，低緯水文變化可能對(duì)其產(chǎn)生重要影響。末次冰期以來(lái)亞洲季風(fēng)突變事件的時(shí)頻特征可能受北半球高緯控制，但青天洞石筍記錄的YD與8.2 ka事件對(duì)比表明，亞洲季風(fēng)的突變過(guò)程具有鮮明的低緯特色。

致謝 感謝南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院孔興功老師為本文測(cè)試大量U系年齡，感謝編輯部老師和審稿專家提出的寶貴意見(jiàn)。

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