黄土高原全新世气候变化过程及气候突变事件的高分辨率石笋记录研究

The Loess Plateau is an ideal region for studying the interplay between high- and low- latitude climate systems. However, high-resolution climate records with accurate dates during the Holocene are still scarce in this region. Here, we study the stalagmites collected from four caves in the western and eastern Loess plateau. We carry out high-precision MC-ICPMS U-series dating and high-resolution stable isotopes(δ18O、δ13C) and trace elements(Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca) analyses, and establish Holocene climate records in this region based on the understanding of climatic-environmental meaning of the speleothem geochemical proxies. We characterize the climate variability history, and the timing and structures of the abrupt climate events during the Holocene in the Loess Plateau. We compare the structures of climate events in the early、middle and late Holocene, which have different solar insolation and ice volume. We also compare our records with other climatic and environmental records from monsoonal region in southern China、arid northwest China、high northern latitude regions and low latitude oceans. By these studies, we get a better understanding of the history and mechanisms of the Asian monsoon system variability during the Holocene, and provide scientific basis for predicting the further trend of the monsoon climate under the global warming.

黄土高原是高、低纬气候过程相互作用在我国北方的主要体现区，然而目前该区有精确年代控制的全新世高分辨率气候记录还非常缺乏。本研究以分布在黄土高原东、西部地区的4个洞穴的石笋为研究对象，在辨识石笋地球化学指标的气候-环境意义基础上，通过高精度U/Th年代测定和高分辨率碳、氧同位素及微量元素（Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca）分析，重建黄土高原东、西部地区全新世高分辨率的气候变化序列，查明气候变化特征、规律及可能的区域差异，厘定主要气候突变事件的起屹时间和内部结构。通过早、中、晚全新世不同太阳辐射和北半球冰量背景下气候突变事件的内部结构和转型特征的对比研究，以及与我国南方典型季风区、西北干旱区以及北半球高纬地区及低纬大洋的气候环境记录进行综合对比研究，加深对全新世亚洲季风系统变化规律和驱动机制的理解，为预估全球变暖下我国季风区未来气候变化趋势提供科学基础。

执行期间，按计划对黄土高原地区的洞穴进行了数次的野外考察采样工作。对黄土高原西部的凤翔和东部的宁武进行了一个水文年的降雨同位素监测，获得降雨氧同位素和气象参数的相关关系。并对乌鸦洞洞穴环境进行了实时监测。对符合研究时段的样品进行了详细的U-Th测年（93个），不适合U-Th测年的现代样品，结合210Pb（２６个）、AMS 14C（5个）和纹层计数方法，建立精确的年代模型。对全新世时段的石笋样品进行了高分辨的碳、氧同位素（３７００多个）和Mg, Sr, Ba以及稀土元素等的测试（７３６０个）分析。通过对比，发现黄土高原东西部气候尽管在亚轨道尺度上存在差异，但是在百年-年代有同步变化趋势，进而建立了黄土高原目前分辨率最高的（平均分辨率约5年）全新世气候变化序列。厘定了黄土高原地区主要气候突变事件中心的起至年代，8.2ka事件起止年代为8230-8050 aBP，6.9ka事件的起至年代为6990-6820 aBP，5.5ka事件起止年代为5600-5470 aBP，2.8 ka事件起止年代为2930-2810 aBP。4.2 ka事件很难界定，黄土高原的降雨整体从4500-3500是下降趋势，但期间有3次极端降雨事件，分别发生于3677，3996，4200 aBP。这些极端降雨事件可能造成了黄河中游的大洪水事件。项目进一步集成研究了中全新世以来我国季风区在主要突变事件中的水文响应模式及驱动机制。发现5.5 ka事件（或者叫5.0 ka事件）和2.8 ka事件时，整个南北方季风区降水都一致的显著减少；但是在4.2ka和小冰期时，呈现出南澇北旱的模式。提出这种水文分布模式主要是由于西风和季风的相对强度变化导致的。另外，项目还集成研究了整个亚洲季风区的石笋记录，系统探讨了亚洲季风区不同区域石笋氧同位素的指示意义。