小冰期以来山东半岛地区高分辨率气候环境变化的石笋记录

对采集于山东半岛开元洞的石笋样品ky1，综合使用野外洞穴调查、洞穴水文气候观测、地球化学分析、地质年代确定、历史气候分析、时间序列分析等研究方法，通过纹层计数和U-230Th定年建立年代标尺，取氧碳稳定同位素、微量元素（Mg、Sr、Ba、Al、Mn等）、有机质含量及年纹层厚度等为气候环境代用指标，结合岩溶洞穴现代气候水文环境观测，并对比历史文献资料中的区域古气候环境记录，探讨多种微量元素和稳定同位素地球化学指标的气候环境指示意义，对小冰期以来山东半岛地区的气候环境演化进行高分辨率（年际）重建。本项研究有助于深入了解小冰期以来华北地区的气候环境变化特征和未来演化趋势，丰富亚洲季风区岩溶洞穴次生碳酸盐沉积的古气候环境研究，对全球变化背景下华北沿海可持续发展有重要实际应用价值。

本项目的主要目的是为中国北方暖温带沿海地区全球变化的区域效应研究提供千年尺度上高分辨率气候环境演变背景，主要研究内容是以开元洞石笋样品ky1及开元洞、九天洞等现代洞穴气候水文环境为研究对象，在通过年纹层计数和U-230Th年代测定建立石笋沉积过程年代标尺的基础上，取微量元素（Mg、Sr、Ba）、同位素（d18O、d13C）和年纹层厚度为代用指标，重建山东半岛地区小冰期以来气候环境演化。. 年代学研究显示，石笋ky1发育于从892A.D.到1894A.D.的1000年中。根据Hendy检验，构成石笋ky1的纯净方解石沉积于同位素平衡条件下，沉积过程中存在动力分馏作用的可能性很小，其δ18O比值主要反映原始外界气候环境信号。根据δ18O与同期石笋微层厚度、旱涝指数变化的对比，山东半岛在1482A.D.存在相当于从中世纪大暖期（MWP）到小冰期（LIA）的气候突变，此前夏季风强烈、低波动、多降水，此后夏季风微弱、高波动、少降水。其中，夏季风、降水在1603A.D.分别达到最弱、最少，至1746A.D.恢复到1482A.D.即突变前水平。. 石笋ky1的d13C记录表明，1494A.D.由高C3/C4植物比例-高生物生产力期突变为低比例-低生产力期，至1779A.D.达到极低/极强后升高，但是直到1894A.D.仍远低于1494A.D.前水平。1603A.D.前d13C与d18O基本同步，此后差别越来越大。d18O 在1603A.D.达最高，而d13C至1779A.D.才达最高；d18O从1603A.D.起减少，1746A.D.达到突变前水平后继续减少，而d13C到1894A.D.仍远高于突变前。其主要原因是，近千年来土地利用强度越来越大，17世纪后半叶起土地利用对植被-土壤系统的影响超过了气候。. 以上结果丰富了东亚季风区岩溶洞穴石笋古气候环境研究，有助于深入了解中国北部暖温带沿海小冰期以来的气候环境变化特征，为预测海岸带未来气候环境和陆海相互作用趋势提供了高分辨率的历史参照。另一方面，本研究依据基于历史文献实时记载的旱涝指数、现代洞穴气候水文环境观测和水环境化学测试资料，综合考虑数百年、年际、季节等不同时间尺度的气候环境变化，对洞穴石笋d18O、d13C、Mg/Sr、Sr/Ca和微层厚度等常用代用指标在暖温带季风沿海的气候环境