最近两万年特征时期季节分辨率洞穴石笋记录研究

Hainan Island is a region with distinct seasonality, i.e., wet summer and autumn and dry winter and spring, where the rainfall is dominated by the Asian summer monsoon and is very sensitive to the Asian summer monsoon changes. This project will take the advantage of the speleothem samples we collected from the karst cave in Hainan Island, which have very high growth rates and record the climatic signal at seasonal resolution, study the responses of speleothem calcite stable isotope composition to the alteration of seasons through analyzing the meteorological data, modern speleothem record and monitoring data in the cave, and understand the mechanistic attributions to the formation of speleothem with seasonal-resolution. By combining the high-precision U-series dating and high-resolution stable isotope analysis, this study try to reconstruct the stable isotope time-series on seasonal-scale during the typical time period, such as last glacial maximum, B?lling-Aller?d, Younger Dryas chronozone, early and late Holocene, and study the seasonal characteristics of monsoon climate under different mean climate condition and sort out the main forcing factors by comparing it with the tropical climate records and high latitude temperature records. This study aims to broaden our understanding on the variation of Asian monsoon and its connection with the global climate change and provides essential knowledge for us to adapt to the future climate changes.

海南岛是亚洲夏季风进入我国的门户地区，对热带季风气候变化非常敏感。本课题以海南岛岩溶洞穴内采取的具有季节分辨率的石笋样品为研究对象，在现代监测、近代石笋记录与器测记录对比分析的基础上，查明洞穴石笋氧、碳同位素组成对气候季节变化的响应关系，理解季节分辨率石笋记录形成的现代过程和影响机制；在高精度铀系测年的基础上，通过最近2万年不同时段的洞穴石笋进行高分辨率氧、碳同位素组成分析，建立具有季节分辨率的石笋氧、碳同位素组成的时间序列片段，研究最近2万年典型冷暖气候阶段不同气候和环境背景条件下，区域季风气候季节性特征的演变及其主控因素，与北半球高纬地区和低纬大洋的环境记录进行对比，加深我们对全球气候变化规律以及驱动机制的理解，为适应未来全球增温情形下的气候和环境变化影响提供基础科学支撑。

中国南方洞穴石笋记录表明，降水同位素组成在轨道、千年乃至数十年尺度上存在显著的变化。然而这种变化是反映了与夏季风强度密切相关的降雨量变化，或是冬夏季降雨比率的变化，或是近源水汽和远源水汽互为消长的变化，或是在不同边界条件下其主导的因素不同，至今仍在争论之中。项目以海南岛地区的洞穴石笋为研究对象，通过洞穴环境监测、高精度铀系测年和高分辨率碳、氧同位素组成分析和微量元素分析，获得了该地区晚全新世、中全新世、早全新世和末次冰期等时段季节分辨率的碳、氧稳定同位素序列，揭示了石笋降水同位素组成在不同时段季节变化特征。在晚全新世（距今2000年左右），降水的氧同位素变化不仅具有的2-7年周期，同时还有显著的20-24年，~80年和~120年的周期变化特征；而在中全新世2-7年的周期变化更为显著，20-24年的周期变化则相对变弱；早全新世，2-7年的周期和20-24年的周期变化具有类似的变幅，这种不同周期在不同时段变幅的显著差异，表明不同驱动因子对降水同位素组成的影响，揭示不能用单一的因子解释石笋碳酸盐氧同位素组成的变化。值得指出的是，在末次冰期石笋碳酸盐的d18O值接近并达到了早全新世石笋碳酸盐的d18O值，表明了降水同位素组成的偏负及可能的水汽来源的显著变化。.除此之外，项目还通过对多个洞穴监测数据进行整理和分析，指出部分岩溶洞穴洞内温度存在明显的季节性变化，此类洞穴某一时期石笋d18O值出现较大幅度的偏正或偏负不一定反映了外界气候的大幅变化,也可能仅仅是由于洞穴沉积条件发生改变而造成的次生碳酸盐沉积季节变化的结果；通过对石笋矿物类型转变及其同位素影响进行研究，发现石笋文石在相变为方解石后，其d13C值变化很小（0.06±0.22‰），可忽略不计，而d18O值明显偏负（0.85±0.29‰），且不是系统性的变化，因此文石相变生成的方解石的氧同位素组成信息不能用于高分辨率古气候和古环境研究。