重慶羊子洞石筍記錄的92.3～60.1 ka亞洲夏季風(fēng)變化特征

張日萍， 楊勛林，2，3， 鄢應(yīng)燃， 張瑞， 組里塞斯， 王勇

1. 西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院/重慶金佛山喀斯特生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站， 重慶 400715；2. 重慶市巖溶環(huán)境開放實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400715； 3. 自然資源部巖溶生態(tài)環(huán)境—重慶南川野外基地， 重慶 400715

深海氧同位素階段(Marine Isotope Stage， MIS) 5/4轉(zhuǎn)換時(shí)期全球海洋—大氣環(huán)流系統(tǒng)大范圍重組， 發(fā)生了一系列百年—千年尺度的氣候突變事件． 先前的研究顯示， 亞洲夏季風(fēng)的千年尺度突變事件與北大西洋千年尺度溫度變化具有很好的一致性[1]， 即中國(guó)石筍δ18O記錄中的中國(guó)間冰階(Chinese Interstadial， CIS)和中國(guó)冰階(Chinese Stadial， CS)[2]可分別對(duì)應(yīng)于格陵蘭冰芯記錄中的格陵蘭間冰階(Greenland Interstadial， GI)和格陵蘭冰階(Greenland Stadial， GS)[3]． 然而在千年尺度事件的變化細(xì)節(jié)方面， 相比于格陵蘭冰芯記錄顯示的鋸齒狀變化模式[4]， 亞洲季風(fēng)區(qū)石筍記錄顯示的季風(fēng)變化特征并不與之完全一致， 南半球氣候變化的印記不可忽略[5]． 例如， Jiang等[6]研究貴州三星洞的石筍記錄發(fā)現(xiàn)季風(fēng)在CIS22-24事件內(nèi)部的變化與北半球高緯度溫度變化存在一定差異， 而與南半球溫度變化具有反相關(guān)系． Wu等[7]研究羊子洞的石筍記錄也發(fā)現(xiàn)南極溫度變化通過馬斯克林高壓和索馬里急流與亞洲夏季風(fēng)遙相關(guān)．

然而由于覆蓋MIS5/4轉(zhuǎn)換階段的亞洲季風(fēng)區(qū)高分辨率石筍記錄較少， 該時(shí)段亞洲季風(fēng)區(qū)百年—千年尺度事件的詳細(xì)研究受到阻礙， 亞洲夏季風(fēng)的變化特征和影響因素依然存在爭(zhēng)議． 因此， 本研究通過來自中國(guó)西南地區(qū)重慶羊子洞的高分辨率石筍氧碳同位素序列， 重建了覆蓋92.3～60.1 ka時(shí)段(包括MIS5b，5a，4)的亞洲夏季風(fēng)演化歷史． 在此基礎(chǔ)上， 本文重點(diǎn)研究92.3～60.1 ka時(shí)段的百年—千年尺度季風(fēng)突變事件， 并嘗試解釋其影響因素．

1 研究區(qū)域、 樣品與方法

圖中五角星指示羊子洞位置． 審圖號(hào)： GS(2020)4619號(hào)．圖1 重慶羊子洞地理位置示意圖

本文研究的石筍樣品Y01，Y02采自羊子洞(29°47′N， 107°47′E， 海拔400 m， 圖1)． 羊子洞為重慶豐都雪玉洞群的一處高層洞穴， 發(fā)育于三疊系下統(tǒng)嘉陵江組薄至中厚層狀石灰?guī)r中， 為低矮扁平通道與大型廳堂結(jié)合的洞穴， 全長(zhǎng)大約500 m， 洞內(nèi)有地下河發(fā)育， 河道中多泥沙沖積物． 洞穴所在位置位于重慶市豐都縣長(zhǎng)江右岸(南岸)支流龍河的下游段， 屬于巖溶河谷地區(qū)． 區(qū)域氣候類型為中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候， 受到印度夏季風(fēng)和東亞夏季風(fēng)的共同影響， 年均溫約16～18 ℃， 年均降水量約1 400 mm[8]， 植被群落以亞熱帶常綠闊葉林和灌叢為主．

石筍Y01和Y02整體呈圓柱狀， Y01石筍總長(zhǎng)約800 mm， 直徑約75 mm． Y02直徑約65 mm， 沿生長(zhǎng)軸測(cè)得石筍總長(zhǎng)780 mm． 兩根石筍表面呈乳白色， 沿生長(zhǎng)軸切開、 拋光， 內(nèi)部由純凈方解石組成， 方解石結(jié)晶致密． 本文研究距石筍Y01頂部10～300 mm和距石筍Y02頂部0～500 mm之間的部分． 沿著石筍剖面上的生長(zhǎng)軸方向用直徑為5 mm的牙鉆鉆取年齡樣品， 每個(gè)年齡樣品質(zhì)量約150～200 mg． 石筍的年齡樣品在美國(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)室和臺(tái)灣大學(xué)High-precision mass spectrometry and environment change(HISPEC)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成， 石筍年齡樣品測(cè)試儀器為MC-ICP-MS(multi-collector inductively coupled plasma massspectrometry)Nepture， 年齡誤差≤1%(2σ)． 石筍氧碳同位素樣品在西南大學(xué)地球化學(xué)與同位素實(shí)驗(yàn)室分析完成， 分析儀器為Delta-V-Plus型質(zhì)譜聯(lián)動(dòng)碳酸鹽自動(dòng)進(jìn)樣裝置(Kiel IV)， 分析誤差(±1σ)δ18O值<±0.1‰， δ13C值<±0.06‰， 結(jié)果相對(duì)于V-PDB(Vienna Pee Dee Belemnite)標(biāo)準(zhǔn)．

2 結(jié)果分析

2.1 U/Th年代

石筍Y01共測(cè)試了17個(gè)230Th年代數(shù)據(jù)， 石筍Y02共測(cè)試了25個(gè)230Th年代數(shù)據(jù)， 所有年齡數(shù)據(jù)均按石筍沉積先后順序排列， 說明數(shù)據(jù)可信(表1)． Y01的17個(gè)年代數(shù)據(jù)的平均誤差為335 a， Y02的25個(gè)年代數(shù)據(jù)的平均誤差為447 a， 誤差較小． 本研究采用StalAge方法[9]建立羊子洞石筍Y01和Y02的年齡模型(圖2)， 發(fā)現(xiàn)石筍Y01沉積連續(xù)， 生長(zhǎng)比較緩慢， 平均生長(zhǎng)速率約為0.03 mm/a． 而石筍Y02在約400 mm處出現(xiàn)一次沉積間斷， 在間斷發(fā)生之前的平均生長(zhǎng)速率約為0.03 mm/a， 之后的平均生長(zhǎng)速率約為0.02 mm/a．

表1 羊子洞石筍U，Th同位素組成和230Th 年齡

圖中藍(lán)色線表示95%置信上限和下限， 誤差棒表示230Th年齡和2σ誤差， “Hiatus”表示沉積間斷．圖2 羊子洞石筍年齡模型

2.2 石筍氧、 碳同位素的指示意義

基于StalAge年齡模型， 本研究建立了石筍Y01和Y02 δ18O，δ13C記錄(圖3)． 重現(xiàn)性檢驗(yàn)是檢驗(yàn)碳酸鈣是否在同位素平衡條件下沉淀的有效準(zhǔn)則[10]． 在年齡誤差和樣品分辨率差異范圍內(nèi)， 石筍Y01和Y02 δ18O序列在共同覆蓋時(shí)段的變化特征類似(圖3)， 并且與亞洲季風(fēng)區(qū)其他石筍記錄的變化也基本一致(圖4)． 因此， 在石筍Y01和Y02沉積過程中動(dòng)力分餾的影響可以忽略， 羊子洞石筍δ18O可以響應(yīng)洞穴外部水熱條件的變化， 反映區(qū)域環(huán)流狀況．

圖中不同顏色的誤差棒分別表示對(duì)應(yīng)的230Th年齡和2σ誤差．圖3 羊子洞石筍氧碳同位素序列

目前主流的觀點(diǎn)認(rèn)為石筍氧同位素反映亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度， 如Cheng等[2]解釋石筍氧同位素為夏季風(fēng)強(qiáng)度， 氧同位素值偏負(fù)指示季風(fēng)增強(qiáng)． Yang等[18]認(rèn)為石筍氧同位素指示東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)度， 而不是某一洞穴所在區(qū)域的降水． 并且Wu等[7]對(duì)同樣來自羊子洞的石筍氧同位素記錄的研究也支持這一觀點(diǎn)． 因此， 本研究認(rèn)為羊子洞石筍δ18O值的變化可以指示亞洲夏季風(fēng)的強(qiáng)度， 石筍δ18O值偏負(fù)指示季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)， 偏正則指示季風(fēng)強(qiáng)度減弱．

圖中不同顏色的誤差棒分別表示對(duì)應(yīng)石筍的測(cè)年點(diǎn)和年齡誤差(±2σ)．圖4 研究時(shí)段內(nèi)羊子洞石筍記錄中的千年尺度強(qiáng)季風(fēng)事件與其他氣候記錄的對(duì)比[5， 6， 11-17]

相比δ18O， 石筍δ13C的影響因素更為復(fù)雜． 根據(jù)前人的研究， 石筍碳同位素通常被解釋為千年—軌道尺度上的植被類型、 區(qū)域溫度和濕度變化的代用指標(biāo)[19]． 此外， 石筍碳同位素組成還會(huì)受到方解石先期沉淀、 CO2脫氣、 水巖相互作用等的影響[20]． 但總的來說， 以上因素均受到當(dāng)?shù)厮臍夂驐l件的限制， 即當(dāng)洞穴外部水熱條件改善時(shí)， 洞穴上方的植被覆蓋面積增加， 巖溶水運(yùn)移速度加快， 水巖相互作用減弱， 土壤CO2的生產(chǎn)速率提高， 此時(shí)， 大氣CO2和基巖對(duì)石筍碳來源的相對(duì)貢獻(xiàn)減小， 石筍δ13C值偏負(fù)． 重慶地區(qū)的洞穴監(jiān)測(cè)結(jié)果[21]和已有的羊子洞石筍記錄研究[7]也支持這一觀點(diǎn)． 因此本研究認(rèn)為羊子洞石筍δ13C可反映當(dāng)?shù)厮臍夂蚝蜕鷳B(tài)環(huán)境變化， 即當(dāng)石筍δ13C值偏負(fù)時(shí)， 指示洞穴外部水熱條件較好， 洞穴上方植被覆蓋面積增加， 巖溶水運(yùn)移速度加快， 水巖相互作用減弱． 而當(dāng)石筍δ13C值偏正時(shí)， 則情況相反．

2.3 石筍氧碳同位素記錄

如圖3所示， Y01共測(cè)試558個(gè)樣品， 平均時(shí)間分辨率約19.9 a． Y02共測(cè)試864個(gè)樣品， 平均時(shí)間分辨率約37.2 a． 石筍Y01 δ18O序列覆蓋的時(shí)段為78.7～67.6 ka， δ18O值在-9.5‰～-7.2‰變化， 平均值為-8.3‰． 石筍Y02 δ18O序列覆蓋的時(shí)段為92.3～60.1 ka， 其δ18O值在-9.7‰～-6.8‰變化， 平均值為-8.0‰． 石筍Y01 δ13C 值的變化范圍為-11.8‰～-10.1‰， 平均值為-11.2‰． 石筍Y02 δ13C值變化范圍為-12.1‰～-4.7‰， 平均值為-10.4‰．

從整體趨勢(shì)上看， 羊子洞石筍δ18O值表現(xiàn)出了明顯的階段差異(圖3)． 石筍Y01記錄顯示在78.7～72.8 ka時(shí)段相對(duì)72.8～67.6 ka時(shí)段δ18O值明顯偏負(fù)， Y02 δ18O記錄顯示在81.8～72.2 ka時(shí)段相對(duì)92.3～88.6 ka時(shí)段和72.2～60.1 ka時(shí)段的δ18O值更為偏負(fù)． 具體來看， 石筍δ18O記錄在長(zhǎng)期趨勢(shì)上又疊加了多次正偏負(fù)偏過程． Y01 δ18O序列記錄了一次發(fā)生在73.4 ka左右的負(fù)偏波動(dòng)， 隨后石筍δ18O值顯著偏正， 偏正幅度達(dá)1.8‰． Y02 δ18O序列記錄了5次比較明顯的負(fù)偏波動(dòng)， 最早的一次負(fù)偏過程開始于91.5 ka， 另外3次顯著的負(fù)偏波動(dòng)分別發(fā)生在80.2，74.7，64.2 ka左右， 在70.1 ka左右還發(fā)生了一次較弱的短暫負(fù)偏波動(dòng)．

不同于石筍氧同位素記錄明顯的階段分異特征， Y01 δ13C記錄沒有明顯的趨勢(shì)變化(圖3)． Y02δ13C記錄除在63.0 ka左右發(fā)生了一次強(qiáng)烈的正偏移之外， 整個(gè)序列沒有表現(xiàn)出大幅度的δ13C值偏移． 此外， 在89.0，80.2，64.3 ka左右， Y02 δ13C序列記錄到了可與δ18O序列相對(duì)應(yīng)的3次負(fù)偏波動(dòng)． 值得注意的是， 在75.8～64.9 ka時(shí)段， Y02 δ13C曲線呈現(xiàn)出在高頻振蕩下持續(xù)緩慢偏正的變化過程， 整個(gè)階段持續(xù)時(shí)間近11 ka， 偏正幅度為3.2‰， 而Y02δ18O記錄中沒有相對(duì)應(yīng)的變化．

3 討論

3.1 92.3～60.1 ka千年尺度季風(fēng)變化

在92.3～60.1 ka時(shí)段， 羊子洞石筍Y02 δ18O序列記錄了多次千年尺度季風(fēng)增強(qiáng)事件(圖4)， 分別為CIS22，21，20，19，18事件， 分別對(duì)應(yīng)于NGRIP冰芯記錄中的GI22，21，20，19，18事件， 表明亞洲季風(fēng)與北高緯氣候的緊密聯(lián)系[1]． 石筍Y01與Y02 δ18O記錄變化類似(圖3)， 但石筍Y01 δ18O序列覆蓋時(shí)段較短， 僅完整地記錄了CIS20事件．

羊子洞石筍Y02 δ18O記錄顯示的CIS22事件開始于91.5 ka， 并在89.1 ka達(dá)到最負(fù)值-8.8‰(圖4c)， 比NGRIP冰芯記錄中GI22事件的開始時(shí)間(89.6 ka)早了1.9 ka(圖4a)， 這可能是年齡誤差所致[11]． 此外， 格陵蘭冰芯記錄顯示的GI22事件具有“快速變暖， 緩慢變冷”的特征， 而石筍Y02 δ18O記錄中的CIS22事件表現(xiàn)出“緩慢開始， 快速結(jié)束”的變化模式， 與Jiang等[6]在研究亞洲季風(fēng)區(qū)三星洞石筍記錄時(shí)發(fā)現(xiàn)的CIS22事件開始階段的緩變特征一致(圖4d)， 因此CIS22事件的緩慢開始可能普遍存在于亞洲季風(fēng)區(qū)．

CIS21事件是整個(gè)研究時(shí)段季風(fēng)強(qiáng)度最強(qiáng)盛的氣候突變事件， 石筍Y02 δ18O記錄在CIS21事件的開始階段存在間斷， 僅記錄到了該事件的結(jié)束階段． 與羊口洞(圖4d)和永興洞(圖4f)石筍記錄對(duì)比顯示， 羊子洞石筍Y01和Y02 δ18O記錄在CIS21事件結(jié)束后未表現(xiàn)出明顯的冰階， 這可能與區(qū)域氣候和沉積環(huán)境差異有關(guān)． 此外， 同季風(fēng)區(qū)其他石筍記錄一致， Y02 δ18O記錄顯示與CIS21事件相比， CIS20事件的季風(fēng)強(qiáng)度要更低， 即季風(fēng)出現(xiàn)了階梯式減弱的變化趨勢(shì)(圖4)． 這可能是由于北高緯夏季太陽輻射處于減弱過程中， 即使在CS21后季風(fēng)強(qiáng)度回升， CIS20的季風(fēng)強(qiáng)度也無法恢復(fù)到先前的水平．

隨著北高緯夏季太陽輻射強(qiáng)度的持續(xù)減弱， 在CIS20事件結(jié)束之后， 羊子洞石筍δ18O記錄反映的亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度顯著降低． 隨后Y01和Y02δ18O序列顯示石筍氧同位素值在小幅高頻振蕩中逐漸緩慢偏負(fù)， 與霧露洞石筍δ18O序列的變化趨勢(shì)一致(圖4e)， 表明季風(fēng)強(qiáng)度在較弱的狀態(tài)下緩慢增強(qiáng)． 在此長(zhǎng)期趨勢(shì)上， Y02 δ18O序列記錄了一次發(fā)生在70.1 ka左右的較弱的季風(fēng)增強(qiáng)波動(dòng)， 可能對(duì)應(yīng)于 CIS19事件． 與格陵蘭冰芯記錄(圖4a)和歐洲石筍記錄(圖4b)中十分強(qiáng)盛的GI19事件不一致， 羊子洞石筍δ18O序列記錄的CIS19事件明顯弱于先前的CIS20和CIS21事件， 類似的情況也出現(xiàn)在羊口洞(圖4d)和永興洞(圖4f)石筍記錄中． 這可能是因?yàn)樵贑IS19事件期間， 北半球夏季太陽輻射處于谷值， 由此產(chǎn)生的海陸熱力差異減小， 制約了季風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)， 但具體原因還有待于進(jìn)一步的研究．

在64.2 ka左右， Y02 δ18O序列記錄了一個(gè)顯著的季風(fēng)增強(qiáng)事件， 即CIS18事件， 對(duì)應(yīng)于格陵蘭冰芯記錄中的GI18事件． 關(guān)于CIS18事件的討論將在3.2部分詳細(xì)展開．

總的來說， 在92.3～60.1 ka時(shí)段， 羊子洞石筍δ18O記錄中的5次千年尺度強(qiáng)季風(fēng)事件與季風(fēng)區(qū)內(nèi)其他洞穴石筍記錄基本可以對(duì)應(yīng)， 不同記錄之間事件的變化幅度、 發(fā)生時(shí)間的差異可能是樣品分辨率、 測(cè)年誤差和洞穴區(qū)域背景條件的不同等引起的． 而石筍Y01和Y02δ18O記錄的細(xì)微差異則可能是由于樣品分辨率、 測(cè)年誤差、 石筍生長(zhǎng)速率等因素的影響．

3.2 CIS18事件

在64.2 ka左右， Y02石筍氧碳同位素值顯著偏負(fù)， 對(duì)應(yīng)著CIS18事件(圖5)． 從事件的細(xì)節(jié)特征來看， Y02 δ18O值從64.7 ka開始在波動(dòng)中逐漸偏負(fù)， 并在64.2 ka左右達(dá)到最負(fù)值， 指示夏季風(fēng)強(qiáng)度達(dá)到最盛， 整個(gè)過程持續(xù)了約500 a， 變化幅度約為1.7‰． Y02 δ13C記錄顯示的CIS18事件開始階段為64.6～64.3 ka， δ13C值變化幅度接近2‰， 與δ18O記錄基本一致． 隨后， Y02 δ18O和δ13C序列逐步正偏， 期間疊加了多次短時(shí)間尺度的負(fù)偏波動(dòng)， 在63.2 ka左右CIS18事件結(jié)束． 在CIS18事件的結(jié)束階段， Y02 δ18O值的變化幅度約為1.9‰， 與此相對(duì)應(yīng)的δ13C值的變化幅度達(dá)3.7‰． 值得注意的是， 在CIS18事件結(jié)束之后的63.0 ka左右， Y02 δ18O和δ13C序列均記錄了一次短暫的弱季風(fēng)事件．

與NGRIP冰芯記錄對(duì)比發(fā)現(xiàn)(圖5)， 羊子洞石筍記錄中的CIS18事件與千年尺度暖事件GI18的發(fā)生時(shí)間(63.9 ka)基本一致． 但是不同于NGRIP記錄中“快速開始、 快速結(jié)束”的變化特征， Y02 δ18O和δ13C記錄中的CIS18事件表現(xiàn)為“快速開始、 緩慢結(jié)束”的變化模式， 并且事件的持續(xù)時(shí)間明顯要長(zhǎng)， 約1.5 ka． 與亞洲季風(fēng)區(qū)內(nèi)其他石筍記錄的對(duì)比顯示(圖5)， Y02 δ18O序列記錄的CIS18事件的開始時(shí)間與永興洞(64.7 ka)、 天鵝洞(64.6 ka)、 新崖洞(64.7 ka)記錄基本一致， 并且上述記錄均表現(xiàn)出CIS18事件“快速開始， 緩慢結(jié)束”的變化特征． 與印度季風(fēng)區(qū)小白龍洞石筍記錄進(jìn)行比較， 發(fā)現(xiàn)小白龍洞 δ18O記錄中的CIS18事件發(fā)生在64.2 ka左右， 在誤差范圍內(nèi)與Y02 δ18O記錄一致． 不同區(qū)域洞穴石筍記錄在CIS18事件細(xì)節(jié)特征上的不一致可能是測(cè)年誤差、 樣品分辨率和不同洞穴區(qū)域背景條件的差異等引起的．

圖中黃色陰影指示強(qiáng)季風(fēng)事件， 綠色陰影指示弱季風(fēng)事件， 不同顏色的誤差棒分別表示對(duì)應(yīng)石筍的測(cè)年點(diǎn)和年齡誤差(±2σ)．圖5 CIS18事件期間Y02 δ18O和δ13C序列與其他氣候記錄的對(duì)比[5， 11， 22-25]

格陵蘭冰芯中的粉塵主要來源于東亞[26]， 因此冰芯中鈣離子含量的變化， 既表明了亞洲夏季風(fēng)向東亞大陸內(nèi)部輸送水分狀況的變化以及由此導(dǎo)致的粉塵源區(qū)的干濕變化， 又可指示亞洲大陸內(nèi)部干旱區(qū)的風(fēng)暴活動(dòng)強(qiáng)度． NGRIPCa2+含量在64.5～63.1 ka時(shí)段顯著下降， 表明亞洲大陸內(nèi)部干旱區(qū)的環(huán)境明顯改善， 風(fēng)暴活動(dòng)減弱， 與Y02 δ18O記錄中的CIS18事件基本對(duì)應(yīng)(圖5b)．

通過上述記錄(圖5)， 我們可以推斷出CIS18事件期間亞洲季風(fēng)氣候和洞穴所在區(qū)域環(huán)境變化情況． 在CIS18事件的開始階段， 北高緯快速升溫， 亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)， 亞洲內(nèi)陸干旱度降低， 風(fēng)暴活動(dòng)減弱． 此時(shí)Y02 δ18O值快速偏負(fù)， 但Y02 δ13C值的變化幅度較小， 可能是在MIS4冰期北高緯顯著降溫、 亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度減弱的背景下， 洞穴上覆植被大范圍退化， CIS18事件期間短暫的水熱條件改善無法促使植被的明顯恢復(fù)． 在CIS18事件的結(jié)束階段， Y02 δ18O和δ13C序列均表現(xiàn)出了大幅度的偏正趨勢(shì)， 但石筍δ13C值的變化幅度(3.7‰)明顯更大． 此時(shí)北高緯溫度處于低谷， 亞洲夏季風(fēng)快速減弱， 亞洲內(nèi)陸干旱度增強(qiáng)， 風(fēng)暴活動(dòng)增強(qiáng)． 這可能表明在寒冷的冰期氣候背景下， 一旦洞穴外部水熱條件惡化， 尚未恢復(fù)的洞穴上覆植被和土壤可能會(huì)加速衰退， 植被覆蓋面積會(huì)大幅減少． 同時(shí)， 降水減少使得水流經(jīng)巖溶區(qū)時(shí)的留存時(shí)間延長(zhǎng)， 與基巖的相互作用增強(qiáng)， 導(dǎo)致更多偏重的碳進(jìn)入母液中， 石筍碳同位素組成偏重．

3.3 石筍記錄與南極記錄對(duì)比

在92.3～60.1 ka時(shí)段， 石筍Y02 δ18O記錄在整體變化趨勢(shì)上與北高緯夏季太陽輻射一致(圖4)， 顯示太陽輻射在軌道尺度上對(duì)亞洲季風(fēng)強(qiáng)度的控制[2]． 此外， 亞洲夏季風(fēng)的千年尺度變化受到北高緯氣候變化的深刻影響(圖4)， 但是在事件的變化細(xì)節(jié)特征方面， 南半球的作用不可忽略[5]．

在CIS21和CIS20事件結(jié)束之前， 高分辨率的石筍Y01 δ18O序列記錄了分別發(fā)生在77.4 ka和73.4 ka左右的2次季風(fēng)恢復(fù)的亞千年尺度事件(圖6)， 我們將其標(biāo)記為CIS21-RE事件和CIS20-RE事件(the rebound monsoonal events， RE)． CIS21-RE事件開始于78.0 ka， 結(jié)束于77.1 ka， 變化幅度為0.9‰， 持續(xù)了約900 a． CIS20-RE事件開始于73.7 ka， 結(jié)束于73.4 ka， δ18O值由-8.4‰負(fù)偏至-9.2‰， 變化幅度為0.8‰， 持續(xù)時(shí)間約為300 a．

圖中黃色陰影指示2次季風(fēng)反彈事件， 藍(lán)色誤差棒指示石筍Y01的測(cè)年點(diǎn)和年齡誤差(±2σ)．圖6 Y01 δ18O記錄與南北極冰芯記錄的對(duì)比[11， 27， 28]

我們發(fā)現(xiàn)Y01δ18O記錄中的2次季風(fēng)反彈事件CIS21-RE和CIS20-RE可以與NGRIP記錄中2次亞千年尺度的暖事件對(duì)應(yīng)， 并且其發(fā)生時(shí)間與南極冰芯記錄中的2次溫度低谷期一致(圖6)． 一方面， 北高緯的溫度變化可以通過高低緯間快速的海氣重組影響亞洲季風(fēng)區(qū)． 另一方面， 南半球的氣候信號(hào)可以通過跨赤道氣流的作用影響亞洲季風(fēng)[16]． 當(dāng)南極溫度降低的時(shí)候， 馬斯克林高壓增強(qiáng)， 導(dǎo)致南半球更高的溫度梯度， 造成更強(qiáng)的越赤道氣流， 使得亞洲季風(fēng)環(huán)流增強(qiáng)[29]． 反之， 當(dāng)北高緯變冷， 大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流減弱時(shí)， 亞洲夏季風(fēng)減弱， 此時(shí)大西洋中北向的熱量傳輸減少， 熱量在南半球積聚， 南極溫度升高， 即南北半球“蹺蹺板”模式的氣候變化[30]． 因此， 可能是南半球的持續(xù)降溫和北半球高低緯之間海氣環(huán)流的快速重組等因素的共同作用導(dǎo)致了CIS21-RE和CIS20-RE 2次季風(fēng)反彈事件的發(fā)生．

在72 ka左右， NGRIP冰芯記錄顯示的北高緯溫度迅速升高， 在達(dá)到最高值后又開始緩慢下降， 而Y02 δ18O記錄顯示的亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度從72 ka左右開始緩慢增強(qiáng)， 對(duì)應(yīng)于南極冰芯記錄顯示的南極溫度逐漸降低(圖7)．

圖中黃色陰影指示千年尺度氣候突變事件， 箭頭指示曲線變化趨勢(shì)．圖7 MIS4早期中國(guó)石筍δ18O記錄與南北極冰芯記錄對(duì)比[11，17，27]

在70.1 ka左右， Y02 δ18O序列記錄了一次快速的負(fù)偏過程， 可能標(biāo)志著強(qiáng)季風(fēng)事件CIS19的發(fā)生， 此時(shí)南極的溫度也降到低谷． 隨后， 在70.1～69.6 ka時(shí)段， 石筍氧同位素值開始快速偏正， 表明季風(fēng)強(qiáng)度快速減弱， 與此同時(shí)， 南極溫度開始回升． 同樣的變化模式在霧露洞石筍記錄中也有所體現(xiàn)(圖7c)． 總的來說， 在MIS4早期， 亞洲夏季風(fēng)的逐漸增強(qiáng)對(duì)應(yīng)于南極溫度的逐漸降低， 季風(fēng)的快速減弱對(duì)應(yīng)于南極的快速升溫， 這表明該時(shí)段的季風(fēng)強(qiáng)度與南極溫度反向變化[5]， 亞洲夏季風(fēng)的變化特征有著顯著的南半球氣候變化的印記．

4 結(jié)論

本研究通過覆蓋92.3～60.1 ka時(shí)段的中國(guó)西南地區(qū)羊子洞石筍氧碳同位素記錄， 經(jīng)過數(shù)據(jù)對(duì)比與分析， 主要得出以下結(jié)論：

在92.3～60.1 ka時(shí)段內(nèi)， 羊子洞石筍δ18O記錄長(zhǎng)期變化趨勢(shì)與北半球夏季太陽輻射變化一致． 在此基礎(chǔ)上， 石筍δ18O序列記錄了5次千年尺度強(qiáng)季風(fēng)事件CIS22，21，20，19，18， 與季風(fēng)區(qū)內(nèi)其他石筍記錄中的千年尺度事件基本一致， 并且基本對(duì)應(yīng)于NGRIP冰芯記錄中的千年尺度暖事件GI22，21，20，19，18， 表明北高緯氣候與亞洲夏季風(fēng)的緊密聯(lián)系．

石筍Y02 δ18O序列完整記錄了強(qiáng)季風(fēng)事件CIS18的起止時(shí)間和基本結(jié)構(gòu)． CIS18事件開始于64.7 ka， 亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度快速增強(qiáng)并在64.2 ka左右達(dá)到最盛， 隨后季風(fēng)強(qiáng)度逐漸減弱并在63.2 ka左右達(dá)到低谷， CIS18事件結(jié)束． 在此期間， Y02 δ13C序列與δ18O序列變化基本一致， 指示洞穴所在區(qū)域植被、 土壤、 水巖相互作用等對(duì)季風(fēng)控制下的外界水熱條件變化的響應(yīng)．

高分辨率的Y01δ18O序列記錄到了2次亞千年尺度季風(fēng)反彈事件CIS21-RE和CIS20-RE， 其分別對(duì)應(yīng)于NGRIP冰芯記錄中的2次升溫波動(dòng)和南極冰芯記錄中的2次溫度低谷， 表明南北半球的氣候聯(lián)系以及南半球的氣候變化在季風(fēng)反彈事件發(fā)生中的作用． 此外， 在MIS4早期， 羊子洞石筍δ18O記錄顯示72～70.1 ka和70.1～69.6 ka時(shí)段的季風(fēng)變化與南極冰芯δ18O記錄顯示的南極溫度變化反相關(guān)， 且二者的變化模式類似， 表明南半球氣候變化對(duì)亞洲夏季風(fēng)的影響．