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全新世早期弱夏季風(fēng)事件的精確定位及機(jī)制探討
——以湖南蓮花洞LHD5石筍為例

張華生1,2殷建軍2程海3,4RLawrence Edwards4林玉石2唐偉2楊會(huì)2涂林玲2王 華2潘謀成2吳夏2

（1.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 重慶 400715；2.國土資源部/廣西巖溶動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國際巖溶研究中心中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所 桂林 541004；3.西安交通大學(xué)全球環(huán)境變化研究院 西安 710054；4.Department of Earth Science，University of Minnesota Minneapolis 55455）

摘 要全新世早期是太陽輻射加強(qiáng)、全球溫度上升，并伴隨著冰蓋消融的重要時(shí)期，而其間發(fā)生的冷事件以及亞洲季風(fēng)區(qū)的弱夏季風(fēng)事件的成因一直是全新世早期研究的重點(diǎn)。對亞洲季風(fēng)—海洋—極地聯(lián)系研究有著重要的意義。通過分析湖南蓮花洞LHD5石筍28個(gè)U/Th年齡和535個(gè)氧同位素?cái)?shù)據(jù)重建了全新世亞洲季風(fēng)演化特征，其中全新世早期分辨率達(dá)8年。LHD5石筍記錄到Y(jié)D結(jié)束時(shí)間為11 748±30 a B.P.，全新世開始于11 684±39 a B.P.，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為64年，與格陵蘭gicc05記錄在誤差范圍內(nèi)一致。LHD5石筍記錄到全新世早期6次弱夏季風(fēng)事件，事件年齡中心點(diǎn)分別為11 461±34 a B.P.、10 354±36 a B.P.、9 957±25 a B.P.、9 062±36 a B.P.、8 744±23 a B.P.、8 144±24 a B.P.，其δ18O值的波動(dòng)幅度分別為1.08‰、0.94‰、0.66‰、0.90‰、0.55‰、1.02‰，這些弱季風(fēng)事件在亞洲季風(fēng)區(qū)具有普遍的區(qū)域意義。除8.2 ka事件之外，10 ka B.P.之前的弱季風(fēng)事件除了受到太陽活動(dòng)的影響，還受到北大西洋IRD事件的影響，而之后更多地受到太陽活動(dòng)和ITCZ南移的影響。

關(guān)鍵詞全新世早期 弱夏季風(fēng)事件 石筍 δ18O 蓮花洞

0 引言

許多學(xué)者通過研究全新世早期各種地質(zhì)記錄，已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)了全新世早期亞洲季風(fēng)變化規(guī)律［1-18］。全新世早期總體呈現(xiàn)季風(fēng)增強(qiáng)或強(qiáng)季風(fēng)期［1-9］，并認(rèn)為全新世早期亞洲季風(fēng)增強(qiáng)主要受歲差驅(qū)動(dòng)的太陽輻射的影響［10］，全新世早期北半球太陽輻射增強(qiáng)推動(dòng)熱帶輻合（ITCZ）北移，促使亞洲季風(fēng)增強(qiáng)［11-12］。然而，全新世早期亞洲季風(fēng)在逐漸增強(qiáng)的趨勢下存在弱季風(fēng)期［5，8，13-14］，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為全新世早期千年尺度的氣候振蕩與北大西洋冰漂碎屑（IRD）有關(guān)［5，11-12，14-15］，將亞洲季風(fēng)區(qū)千年尺度的季風(fēng)變化與北半球高緯地區(qū)冰量變化聯(lián)系起來，關(guān)于短時(shí)間尺度的氣候波動(dòng)則主要受太陽活動(dòng)影響［3，5，8，16-18］。前人的研究多是覆蓋整個(gè)全新世的亞洲季風(fēng)演變，利用高分辨率石筍記錄討論全新世早期季風(fēng)演化的研究較少，例如，楊琰等［8］利用衙門洞Y1石筍討論了全新世早期的季風(fēng)變化并認(rèn)為短時(shí)間尺度的季風(fēng)變化受太陽活動(dòng)影響。Cai et al.［18］利用東石崖DSY09石筍討論了中國北方全新世早期東亞季風(fēng)弱季風(fēng)事件，認(rèn)為太陽活動(dòng)與高緯冰量變化共同影響東亞季風(fēng)演變。Zhang et al.［12］利用蓮花洞LH2石筍討論了整個(gè)全新世的季風(fēng)演化特征，但LH2石筍底部有暗色層可能存在沉積間斷，導(dǎo)致全新世早期石筍分辨率較低，不足以揭示全新世早期亞洲季風(fēng)演變的細(xì)節(jié)特征。另外，Wang et al.［17］利用董哥洞DA石筍證實(shí)了全新世9 ka B.P.以來百年—十年尺度亞洲季風(fēng)受太陽活動(dòng)的影響，但是卻缺少9 ka B.P.之前的全新世早期，那么全新世早期百年—十年尺度的亞洲季風(fēng)變化與太陽活動(dòng)又有怎樣的關(guān)系？本文利用受東亞季風(fēng)和印度季風(fēng)共同控制的蓮花洞LHD5石筍，討論全新世早期亞洲季風(fēng)演變特征。LHD5石筍在全新世早期具有平均8年的分辨率，能夠更好地揭示全新世早期亞洲季風(fēng)的細(xì)節(jié)特征，年代際尺度的弱季風(fēng)事件有無區(qū)域意義以及弱季風(fēng)事件的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，這些都是值得探討的。

1 研究區(qū)概況

本文利用LHD5石筍重建古氣候的樣品，采自于湖南省龍山縣蓮花洞（109°32′E，29°29′N，圖1），該洞位于云貴高原和湖南盆地傾斜地帶，其特點(diǎn)為多梯級喀斯特高原。蓮花洞洞口海拔455m，洞長580m，高10～20 m，寬11～36 m，圍巖主要為奧陶系上統(tǒng)（O3）白云質(zhì)灰?guī)r。洞穴沿?cái)嗔蚜严栋l(fā)育，組成北東、北西走向轉(zhuǎn)折的洞穴系統(tǒng)，底板由鈣華板組成［19］。蓮花洞所處地區(qū)屬亞熱帶大陸性濕潤季風(fēng)氣候，距離蓮花洞約30 km洛塔鎮(zhèn)現(xiàn)代氣象資料記錄，該地多年平均降雨1 694 mm，多年平均氣溫14.3℃。東亞季風(fēng)和印度季風(fēng)共同控制著當(dāng)?shù)氐臍夂?，每?—9月主要受濕熱的夏季風(fēng)控制，降雨豐沛，10月至次年3月主要受西伯利亞干冷冬季風(fēng)控制，降水較少。

LHD5石筍長1 252mm，呈圓錐形，底部直徑151 mm，頂部直徑75 mm，為文石石筍。

圖1　蓮花洞位置圖。實(shí)心正方形代表蓮花洞（109°32′E，29°29′N）位置，實(shí)心圓代表其他洞穴位置，箭頭代表現(xiàn)代夏季風(fēng)包括東亞夏季風(fēng)和印度夏季風(fēng)，虛線代表夏季風(fēng)的北緣。Fig.1 The location of Lianhua Cave.Solid square indicates the location of Lianhua Cave（109°32′E，29°29′N），Solid circles indicate the location of other Caves.Arrows indicate generalized modern summermonsoonal winds including the East Asian and Indian summermonsoons.The dashed line represents the approximate summermonsoon limit at present.

2 分析方法

從頂部向下沿LHD5石筍生長軸采集石筍年齡樣品共28個(gè)（圖2）。年齡測試在美國明尼蘇達(dá)大學(xué)地球科學(xué)系和西安交通大學(xué)同位素實(shí)驗(yàn)室完成，采用的儀器是Thermo Finnigan Neptune型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜（MC-ICP-MS），采用的方法為230Th鈾系不平衡法測定。LHD5石筍共采集535個(gè)碳氧同位素樣品，1 252～900 mm每1 mm取一個(gè)樣品，900mm至頂部每5 mm取一個(gè)樣品。同位素樣品測試在中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所巖溶地質(zhì)與資源環(huán)境測試中心完成，實(shí)驗(yàn)儀器為Thermo Finnigan MAT253同位素比值質(zhì)譜儀，外部連接Kiel IV碳酸鹽自動(dòng)進(jìn)樣裝置，實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)控制樣多次分析的δ18O值偏差＜0.1‰，測試過程中每隔9個(gè)樣品插入一個(gè)國標(biāo)GBW 04405進(jìn)行檢驗(yàn)，且每個(gè)國標(biāo)后為2個(gè)平行樣品，平行樣 δ18O的差值＜0.1‰，數(shù)據(jù)相對 VPDB給出。

3 結(jié)果

3.1 年代數(shù)據(jù)

表1及圖2呈現(xiàn)了LHD5石筍的U、Th同位素含量和28個(gè)230Th年齡結(jié)果，覆蓋年齡時(shí)段為11 918～85 a B.P.，其中11 918～8 030 a B.P.時(shí)段有13個(gè)年齡控制點(diǎn)，時(shí)標(biāo)精度較高。LHD5石筍樣品238U含量高（1 464～6 610×10-9/g·g-1），232Th含量低（0.2～2.0×10-9/g·g-1），因此測年精度高，測年誤差為2～48年。

3.2 LHD5石筍δ18O記錄

LHD5石筍共采集535個(gè)氧同位素樣品，采用線性內(nèi)插法獲取氧同位素年齡，平均分辨率為22年，其中11 984～9 019 a B.P.時(shí)段分辨率為8年。圖3中LHD5δ18O值變化范圍為-7.82‰～-4.67‰，變幅為3.15‰，平均值為-6.61‰，δ18O值變化特征非常明顯。12.0～11.75 ka B.P.δ18O值偏重，平均值為-5.18‰，11.75～11.68 ka B.P.δ18O值從-4.84‰迅速偏輕至-6.69‰，波動(dòng)幅度達(dá) 1.85‰。11.68～9.0 ka B.P.δ18O值持續(xù)偏輕，9.0～7.0 ka B.P.δ18O值達(dá)到最輕，平均值為-7.26‰。11.68～8.0kaB.P.氧同.）位素持續(xù)變輕的時(shí)段內(nèi)，存在6個(gè)氧同位素偏重階段。7.0～2.8 ka B.P.氧同位素值持續(xù)偏重，2.8～0.05 ka B.P.氧同位素波動(dòng)較小且偏重，平均值為-5.79‰。

圖2　LHD5 230 Th年齡（a B.P.），Hendy Test取樣點(diǎn)及生長速率Fig.2 Simpling sites of230Th dating and Hendy Test，right figure shows the almost constant growth rates of the whole LHD5

表1　LHD5石筍U，Th同位素組成和230 Th年齡Tab le 1 Isotopic com positions of U，Th and230Th dating results

圖3　蓮花洞LHD5，LH2石筍［12］δ18O值，與65°N與30°N太陽輻射對比圖1，2，3，4，5分別代表YD事件，季風(fēng)增強(qiáng)期，強(qiáng)季風(fēng)期，季風(fēng)減弱期，弱季風(fēng)期Fig.3 A comparison of the LHD5 and LH2［12］δ18O record to the summer insolation for 65°N and 30°N 1，2，3，4，5 represent Younger Dryas event，Strengtheningmonsoon period，Strongmonsoon period，Weakeningmonsoon period，Weak monsoon period.

圖4　LHD5石筍Hendy檢驗(yàn)結(jié)果4個(gè)生長層分別是1 164mm（實(shí)心正方形），986 mm（實(shí)心圓），490mm（叉號(hào)），110 mm（實(shí)心三角形）Fig.4 LHD5 stalagm ite Hendy Test resultsfour laminaes at depth of 1 164 mm（solid squares），986 mm（solid circles），490 mm（Cross），110 mm（solid triangles）were analyzed.

3.3 Hendy Test及重現(xiàn)性檢驗(yàn)

影響石筍氧同位素值的因素，包括氣候因素（溫度，降水）和非氣候因素（動(dòng)力分餾，蒸發(fā)）。Hendy［22］提出在同位素平衡分餾的情況下，石筍同位素受溫度和降雨的影響，即受氣候因素的影響。并提出檢驗(yàn)石筍同位素平衡分餾的兩個(gè)準(zhǔn)則：①同一生長層δ18O值相對穩(wěn)定，向外無富集現(xiàn)象。②同一生長層的δ18O與δ13C不相關(guān)。LHD5石筍選取4個(gè)不同的生長層，每層7個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行分析（圖2）。從圖4中看出氧同位素值比較恒定，碳同位素波動(dòng)較大，碳氧的相關(guān)性不明顯，表明LHD5石筍在整個(gè)全新世達(dá)到了同位素平衡分餾。此外，本文又利用近年來較為普遍的氧同位素重現(xiàn)性檢驗(yàn)方法［23］，排除非氣候因子的影響。利用LHD5與同一洞穴LH2石筍作重現(xiàn)性檢驗(yàn)，由于LH2石筍在全新世早期分辨率較低，本文又利用山寶洞SB10、SB34石筍及董哥洞D4石筍作檢驗(yàn)，從圖5中可以看出5組氧同位素曲線對應(yīng)良好，可以確認(rèn)LHD5氧同位素代表氣候信號(hào)。

圖5　LHD5δ18O與LH2［12］，山寶洞SB43和SB10［7］，董哥洞D4［5］δ18 O值重現(xiàn)性檢驗(yàn)Fig.5 The replication test ofδ18O record from stalagmite LHD5 and stalagmite LH2，SB43，SB10 from Shanbao Cave and D4 from Dongge cave

4 討論

4.1 12.0 ka B.P.以來季風(fēng)演變

亞洲季風(fēng)區(qū)大量的方解石石筍記錄表明，石筍δ18O值反映了夏季風(fēng)的強(qiáng)弱變化，δ18O值偏輕代表夏季風(fēng)增強(qiáng)，氣候溫暖濕潤，δ18O值偏重代表夏季風(fēng)減弱，氣候干旱［3，8，10，17-18，24-26］。 前人對于蓮花洞文石石筍δ18O值的研究也已經(jīng)證實(shí)百年尺度上石筍δ18O值代表亞洲季風(fēng)強(qiáng)度［12，19，27］，在年代際及以下尺度則反映區(qū)域降水量的變化，指示區(qū)域旱澇程度的變化［19］。

LHD5δ18O值記錄了12.0 ka B.P.以來亞洲季風(fēng)強(qiáng)度變化（圖3）。LHD5δ18O值變化趨勢總體上與北半球太陽輻射一致，與65°N太陽輻射的吻合程度強(qiáng)于30°N，主要體現(xiàn)在LHD5δ18O峰值與65°N太陽輻射峰值的年代差較小，尤其是7 ka B.P.以后LHD5 δ18O值的變化幾乎與65°N太陽輻射一致。另外，LHD5δ18O值與亞洲季風(fēng)區(qū)其他石筍δ18O值變化基本一致［3，5，7，11-12，18，28］。LHD5石筍δ18O值所反映的亞洲季風(fēng)可以分為5個(gè)階段：12.0～11.75 ka B.P.為YD事件；11.75～9.0 ka B.P.季風(fēng)增強(qiáng)期；9.0～7.0 ka B.P.強(qiáng)季風(fēng)期；7.0～2.8 ka B.P.季風(fēng)減弱期；2.8～0.05 ka B.P.弱季風(fēng)期。同時(shí)，在季風(fēng)總體演化趨勢上疊加了多次弱季風(fēng)事件。同一洞穴LH2石筍討論了12.5 ka B.P.以來全新世亞洲季風(fēng)演變，由于LH2石筍在全新世早期可能存在沉積間斷不足以揭示季風(fēng)演變的細(xì)節(jié)特征，所以本文重點(diǎn)討論全新世早期（12～8.0 ka B.P.）亞洲季風(fēng)演變。

4.2 全新世早期（12～8.0 ka B.P.）亞洲季風(fēng)演變

LHD5石筍在12～8.0 ka B.P.期間反映的亞洲季風(fēng)呈逐漸增強(qiáng)趨勢，具體又可分為3個(gè)階段：12.0～11.75 ka B.P.為YD事件結(jié)束期；11.75～11.68 ka B.P.為季風(fēng)快速增強(qiáng)期；11.68～8.0 ka B.P.為季風(fēng)緩慢增強(qiáng)期。LHD5石筍只記錄到Y(jié)D事件的結(jié)束時(shí)間標(biāo)定在11.75 ka B.P.，本文不對12.0～11.75 ka B.P.時(shí)段進(jìn)行詳細(xì)的討論。

4.2.1 季風(fēng)快速增強(qiáng)期（11.75～11.68 ka B.P.）

11.75～11.68 ka B.P.時(shí)段，LHD5石筍δ18O值從-4.84‰迅速偏輕至-6.69‰，波動(dòng)幅度為1.85‰，為季風(fēng)快速增強(qiáng)期，或YD事件向全新世轉(zhuǎn)換期。多數(shù)地質(zhì)記錄把11.5 ka B.P.視為全新世起始點(diǎn)［5，8，18，24］，而具有8年分辨率的LHD5石筍記錄到Y(jié)D結(jié)束時(shí)間為11 748±30 a B.P.，全新世開始于11 684±39 a B.P.，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為64年，與NGRIP冰芯（11 653± 99 a B.P.）極為一致（圖6），與GRIP冰芯（11 500±99 a B.P.）略有差異［29-30］，這也充分說明全新世起始點(diǎn)的標(biāo)定受測年誤差、氣候代用指標(biāo)或局地環(huán)境等影響［24］。另外，董哥洞（108°5′E，25°17′N）、衙門洞（107°5′E，25°29′N）石筍δ18O值增強(qiáng)的趨勢不及LHD5石筍、NGRIP冰芯明顯，這種趨勢與緯度位置有關(guān)或受其他因素影響還有待進(jìn)一步討論。

圖6　YD-全新世轉(zhuǎn)換期LHD5石筍與格陵蘭NGRIP冰芯的一致變化Fig.6 Synchronous variation ofδ18O record of NGRIP ice core and stalagmite LHD5 from YD to Early Holocence

4.2.2 季風(fēng)緩慢增強(qiáng)期（11.68～8.0 ka B.P.）

11.68～8.0 ka B.P.時(shí)段，LHD5石筍δ18O值的波動(dòng)范圍為-5.83‰ ～-7.67‰，為季風(fēng)緩慢增強(qiáng)期。LHD5石筍δ18O值在9.3 ka B.P.開始達(dá)到峰值，與亞洲季風(fēng)區(qū)其他石筍記錄一致。利用石筍δ18O值作為季風(fēng)強(qiáng)度指標(biāo)的亞洲季風(fēng)最適宜期并未表現(xiàn)出穿時(shí)性，這與An的研究結(jié)論有所差異［31］，可能的原因是氣候代用指標(biāo)及其指標(biāo)建立的基礎(chǔ)不同。該時(shí)段LHD5石筍在季風(fēng)增強(qiáng)的趨勢上疊加了6次弱季風(fēng)事件，事件中心年齡分別為11 461±34 a B.P.，10 354 ±36 a B.P.，9 957±25 a B.P.，9 062±36 a B.P.，8 744± 23 a B.P.，8 144±24 a B.P.。其中11 461±34 a B.P. 和8 144±24 a B.P.波動(dòng)幅度超過1‰，其余弱季風(fēng)事件波動(dòng)幅度介于0.5‰～1‰之間。

LHD5石筍記錄的11 461±34 a B.P.弱季風(fēng)事件是全新世早期波動(dòng)最大的弱季風(fēng)事件，其波動(dòng)幅度為1.08‰，與其記錄的8 144±24 a B.P.弱季風(fēng)事件的波動(dòng)幅度（1.02‰）相當(dāng)。11 461±34 a B.P.弱季風(fēng)事件與NGRIP冰芯記錄的降溫事件（11 440±97 a B.P.）具有一致性（圖7b），同時(shí)該時(shí)段HGS濃度增加（表示存在冰漂碎屑事件）［32］（圖7c），太陽黑子數(shù)量減少（代表弱的太陽活動(dòng)）［33］（圖7a）。亞洲季風(fēng)區(qū)衙門洞Y1石筍（圖7f）、東石崖DSY09石筍［18］的弱季風(fēng)事件分別記錄在11.35 ka B.P.、11.3 ka B.P.，在時(shí)間上存在100年的偏差。亞洲季風(fēng)區(qū)其他地質(zhì)記錄則不存在該弱季風(fēng)事件，這就需要高分辨率地質(zhì)記錄進(jìn)行詳實(shí)的討論。LHD5石筍記錄的10 354±36 a B.P.弱季風(fēng)事件，δ18O值波動(dòng)幅度為0.94‰，特點(diǎn)為快速進(jìn)入波動(dòng)退出，事件持續(xù)事件約100年。該時(shí)段內(nèi)太陽黑子數(shù)量明顯減少（圖 7a），北大西洋在 10.3 ka B.P.記錄了一次冰漂碎屑事件（圖7c）。亞洲季風(fēng)區(qū)山寶洞石筍在這期間記錄了2次連續(xù)弱季風(fēng)事件（圖7g），衙門洞［8］、東石崖［18］、老母洞［34］、Qunf洞［3］的弱季風(fēng)事件分別記錄在10.2 ka B.P.、10.3 ka B.P.、10.2 ka B.P.、10.2 ka B.P.，這說明在10.2 ka B.P.左右亞洲季風(fēng)區(qū)普遍存在弱季風(fēng)事件。

LHD5石筍記錄的9 957±25 a B.P.弱季風(fēng)事件，其δ18O值波動(dòng)幅度為0.66‰，事件持續(xù)時(shí)長約100年。圖7中該時(shí)段太陽活動(dòng)有一次較小的減弱期，NGRIP冰芯在9.84 ka B.P.存在一次較小的降溫事件，東石崖DSY09石筍在9.9 ka B.P.存在一次明顯的弱季風(fēng)事件［18］，其他地質(zhì)記錄的代用指標(biāo)波動(dòng)較小或不存在該事件。LHD5石筍記錄的9 062±36 a B.P.弱季風(fēng)事件δ18O值波動(dòng)幅度為0.9‰，是一次比較強(qiáng)烈的弱季風(fēng)事件，圖7中該時(shí)段太陽黑子數(shù)量減少，NGRIP冰芯在9 040±64 a B.P.也存在一次波動(dòng)較小的降溫事件，其顯著降溫事件發(fā)生在9 260± 30 a B.P.，時(shí)間偏差較大。Rasmussen et al.［35］通過分析格陵蘭DYE-3，GRIP，NGRIP冰芯，得到9.35～9.24 ka B.P.降溫事件。Bond et al.［36］證實(shí)北大西洋在9.4 ka B.P.存在冰漂碎屑事件，王寧練在古里雅冰芯中也發(fā)現(xiàn) 9.4 ka B.P.冷事件［37］。亞洲季風(fēng)區(qū)董哥洞［5］、衙門洞［8］、山寶洞［7］、東石崖［18］、Qunf洞［3］都在9.3～9.2 ka B.P.存在弱季風(fēng)事件，足以說明在9.3 ～9.2 ka B.P.期間冷干事件發(fā)生區(qū)域是大范圍的。且董哥洞D4石筍和Qunf洞Q5石筍的9.3 ka B.P.弱季風(fēng)事件強(qiáng)度大于其8.2 ka B.P.事件［3，5］，并認(rèn)為9.3 ka B.P.弱季風(fēng)事件受北大西洋冰漂碎屑事件的影響。LHD5石筍在該時(shí)段沒有記錄到明顯的弱季風(fēng)事件，原因可能是受測年誤差或局地氣候的影響。LHD5石筍記錄的8 744±23 a B.P.弱季風(fēng)事件δ18O值波動(dòng)幅度為0.55‰，與NGRIP冰芯降溫事件，弱的太陽活動(dòng)具有一致性，只是各種指標(biāo)的波動(dòng)較小。Cariaco盆地在這期間記錄到一次較強(qiáng)的降水減少事件。亞洲季風(fēng)區(qū)山寶洞石筍及湖光巖瑪珥湖記錄到8.6 ka B.P.弱季風(fēng)事件［14，38］，其他地質(zhì)記錄在該時(shí)間段內(nèi)不存在弱季風(fēng)事件。

LHD5石筍記錄的8.2 ka B.P.弱季風(fēng)事件突變于8 144±24 a B.P.，波動(dòng)幅度為1.02‰。該時(shí)段正好處于弱的太陽活動(dòng)期（圖7a），NGRIP冰芯降溫事件記錄在8 200±30 a B.P.（圖7b），亞洲季風(fēng)區(qū)大多數(shù)地質(zhì)記錄也識(shí)別到8.2 ka弱季風(fēng)事件［3-5，8，12-14］。關(guān)于8.2 ka B.P.事件起止時(shí)間，內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的討論已有一定的認(rèn)識(shí)，Cheng［39］利用亞洲季風(fēng)區(qū)和南美季風(fēng)區(qū)高分辨率的石筍記錄及格陵蘭冰芯記錄證實(shí)8.2 ka B.P.事件發(fā)生具有同步性，8.2 ka B.P.事件由8.21ka B.P.（持續(xù)時(shí)間70年）和8.06 ka B.P.（持續(xù)時(shí)間20年）事件構(gòu)成，且8.2 ka B.P.事件時(shí)亞洲季風(fēng)表現(xiàn)為弱季風(fēng)而南美季風(fēng)為強(qiáng)季風(fēng)。LHD5石筍δ18O波動(dòng)幅度為1.02‰，與亞洲季風(fēng)區(qū)的Qunf洞Q5石筍［3］，董哥洞DA、D4石筍記錄一致［5，17］，但小于和尚洞HS4石筍及老母洞LM2石筍的波動(dòng)幅度［28，34，40］。

圖7　全新世早期LHD5石筍δ18 O記錄與其他地質(zhì)記錄對比a.太陽黑子數(shù)量［33］；b.格陵蘭NGRIPδ18O記錄［29-30］；c.北大西洋赤鐵礦濃度（％）［32］；d.Cariaco盆地鈦濃［46］；e.董哥洞D4δ18O記錄［5］；f.衙門洞Y1與和尚洞HS4δ18O記錄［8，28］；g.山寶洞SB43 與SB10δ18O記錄［7，14］；h.LHD5δ18O記錄。Fig.7 A comparison of the LHD5 record from Lianhua Cave and other record in Early Holocenea.Sunspotnumber［33］；b.Greenland NGRIP ice coreδ18O record［29-30］；c.Hematite stained grains（％）from The North Atlantic Ocean［32］；d.Titanium（％）data from Cariaco Basin［46］；e.Dongge cave D4 stalagmite δ18O records［5］；f.Yamen cave Y1 stalagmite and Heshang cave HS4δ18O records［8，28］；g.Shanbao cave SB43 and SB10 stalagmiteδ18O records［7，14］；h.LHD5 stalagmiteδ18O records.

以上討論得出，全新世早期LHD5石筍記錄的弱季風(fēng)事件與NGRIP冰芯記錄的降溫事件一一對應(yīng)，整個(gè)演變趨勢也極為一致，與弱的太陽活動(dòng)也基本對應(yīng)。LHD5石筍記錄的弱季風(fēng)事件在亞洲季風(fēng)區(qū)其他記錄中基本都存在，說明其記錄的弱季風(fēng)事件具有區(qū)域意義。另外，這些弱季風(fēng)（降溫）事件在年齡或指標(biāo)波動(dòng)幅度上存在差異，例如，圖3中LHD5石筍在全新世早期記錄的6次弱夏季風(fēng)事件顯示的δ18O值均比現(xiàn)今氣候環(huán)境記錄的 δ18O值（-5.8‰～-6.2‰）偏輕0.4‰左后；而圖5中，董哥洞D4石筍在全新世早期記錄的弱夏季風(fēng)事件所顯示的δ18O值均比現(xiàn)今氣候環(huán)境記錄的δ18O值偏重0.2‰～0.4‰。原因可能是蓮花洞現(xiàn)今氣候受太平洋近源水影響較大導(dǎo)致δ18O值偏重［41］，而董哥洞在整個(gè)全新世受印度洋水汽影響［42］。另外，通過分析亞洲季風(fēng)區(qū)所報(bào)道的石筍記錄［3，7，12，14］只有董哥洞D4石筍在全新世早期記錄的弱夏季風(fēng)事件的δ18O值比現(xiàn)今氣候環(huán)境記錄的δ18O值偏重，其原因則可能是受局地氣候或其他因素影響。

5 全新世早期亞洲季風(fēng)機(jī)制討論

全新世早期LHD5石筍記錄的亞洲季風(fēng)呈逐漸增強(qiáng)的趨勢，與北半球太陽輻射一致，兩者的關(guān)系也得到前人的證實(shí)［4-5，10，17，24-25］。 然而，LHD5石筍記錄的季風(fēng)最強(qiáng)盛期出現(xiàn)在9～7 ka B.P.，滯后于太陽輻射峰值約2 ka（圖3），7 ka B.P.以后二者則呈現(xiàn)一致性變化。另外，LHD5石筍與NGRIP冰芯在全新世早期變化趨勢一致，尤其是在YD事件向全新世轉(zhuǎn)換期間，表明全新世早期高緯冰蓋對亞洲季風(fēng)變化的影響占主導(dǎo)地位，中晚全新世冰蓋基本消融，太陽輻射對亞洲季風(fēng)的變化才開始起主導(dǎo)作用［5］。

氣候變化既要研究極地冰蓋對地球表面冷熱變化的影響，也要研究包括季風(fēng)在內(nèi)的熱帶過程，探索低緯的水文循環(huán)［43］。通過遙感觀測對季風(fēng)的新認(rèn)識(shí)：季風(fēng)是熱帶輻合帶 （ITCZ）季節(jié)性遷移的表現(xiàn)［44］。亞洲季風(fēng)具有歲差尺度（19～23 ka）的周期變化［10，41］，那么季風(fēng)的歲差周期也就表現(xiàn)為ITCZ的南北位移［45］。委內(nèi)瑞拉Cariaco盆地（10°43′N，65° 10′W）是研究ITCZ移動(dòng)很好的地點(diǎn)，Huag［46］在研究Cariaco盆地沉積物時(shí)發(fā)現(xiàn)10.5～5.4 ka B.P.時(shí)段Ti 和Fe的濃度最高，說明該時(shí)段降雨多。LHD5石筍δ18O值與其 Ti濃度變化一致性表明亞洲季風(fēng)與ITCZ密切相關(guān)，即歲差使得全新世早期北半球太陽輻射增強(qiáng)，推動(dòng)ITCZ北移，導(dǎo)致亞洲夏季風(fēng)增強(qiáng)。Baker［47］對秘魯南部喀喀湖沉積物研究表明在4.0～2.4 ka B.P.降水多，巴西南部Botuverá洞石筍記錄表明全新世早期降水少，6 ka B.P.以后降水增加［48］，LHD5石筍與巴西南部石筍δ18O值呈 “see-saw”關(guān)系，證明了在軌道尺度上南北半球低緯季風(fēng)區(qū)共同受到熱帶輻合帶（ITCZ）的影響［7，48］，這種關(guān)系也得到了亞洲季風(fēng)區(qū)其他地質(zhì)記錄的證實(shí)［5，7］。

全新世早期LHD5石筍與NGRIP冰芯不僅在總趨勢上一致，在谷峰值的波動(dòng)上也一一對應(yīng)，說明LHD5石筍記錄的弱季風(fēng)事件在百年—十年尺度上受高緯冰量變化的影響。Teller et al.［49］發(fā)現(xiàn)全新世早期Agassiz湖發(fā)生10次淡水爆發(fā)事件，LHD5記錄的10 354±36 a B.P.，9 957±25 a B.P.，9 062±36 a B.P.弱季風(fēng)事件與其中的3次淡水爆發(fā)事件對應(yīng)，LHD5支持了全新世早期氣候波動(dòng)與淡水爆發(fā)有關(guān)［50-51］。LHD5記錄的8 144±24 a B.P.弱季風(fēng)事件非常接近8.2 ka B.P.事件，關(guān)于驅(qū)動(dòng)8.2 ka B.P.事件的機(jī)制有學(xué)者認(rèn)為受太陽活動(dòng)影響［16-17］，然而太陽活動(dòng)并不能很好的解釋亞洲季風(fēng)與南美季風(fēng)反相位的關(guān)系，Cheng［39］認(rèn)為8.2 ka B.P.事件由Agassiz和Ojibway湖淡水釋放造成，大量淡水通過哈德遜灣注入北大西洋導(dǎo)致北大西洋經(jīng)向環(huán)流（AMOC）減弱，推動(dòng)熱帶輻合帶的南移，減弱亞洲季風(fēng)強(qiáng)度［48］。此外，由于8.2 ka B.P.事件亦處于弱的太陽活動(dòng)期（圖7a），本文認(rèn)為LHD5石筍8.2 ka B.P.事件受太陽活動(dòng)和Agassiz 和Ojibway湖淡水釋放共同影響。然而，Rohling［52］指出由于北大西洋淡水注入要早于亞洲季風(fēng)區(qū)8.2 ka B.P.事件，并不支持淡水注入是造成8.2 ka B.P.事件的原因。Liu［40］則指出亞洲季風(fēng)區(qū)8.2 ka B.P.事件與北大西洋地區(qū)的遙相關(guān)關(guān)系，是由快速的大氣傳輸造成的。Magny［53］在研究全新世早期的氣候波動(dòng)時(shí)將太陽活動(dòng)和淡水爆發(fā)結(jié)合起來進(jìn)行討論，為研究全新世早期的氣候振蕩提供了新思路。Solanki［33］指出太陽黑子反映太陽活動(dòng)強(qiáng)度，太陽黑子數(shù)量多，太陽活動(dòng)強(qiáng)，反之亦然。圖7中LHD5石筍在10 354± 36 a B.P.，9 062±36 a B.P.，8 144±24 a B.P.發(fā)生弱季風(fēng)事件時(shí)都對應(yīng)著太陽黑子的低值，即與弱的太陽活動(dòng)相對應(yīng)，說明全新早期LHD5石筍記錄的弱季風(fēng)事件在一定程度上受到太陽活動(dòng)的影響。

為進(jìn)一步分析太陽活動(dòng)對亞洲季風(fēng)的影響，采用REDFIT38軟件對LHD5石筍δ18O值進(jìn)行功率譜分析（圖8）。在95％置信度水平下通過紅噪聲檢驗(yàn)的周期主要有88 a，80 a，59 a，31 a，27 a，23 a，20 a，19 a，17 a。88 a周期為太陽活動(dòng)的Gleissberg周期，LHD5石筍檢驗(yàn)出的80 a周期與董歌洞D4石筍的81 a周期非常接近［5］。59 a周期亦反映太陽活動(dòng)周期［3］，Agnihotri et al.［54］的研究表明，60 a的太陽周期直接控制了印度夏季風(fēng)強(qiáng)度的變化。31 a周期接近樹輪記錄的14C活動(dòng)周期，在先前石筍研究中也有發(fā)現(xiàn)［8，17］。23 a，20 a，19 a，17 a周期接近太陽太陽活動(dòng)22 a的雙海爾周期［8，55］，Cai et al.［56］在研究九仙洞石筍也發(fā)現(xiàn)明顯的23 a周期，Cai etal.對東石崖洞DSY09石筍［18］及Dykoski對董歌洞D4石筍［5］的研究中分別發(fā)現(xiàn)20 a和19 a周期。從以上分析可知LHD5石筍所反映的亞洲季風(fēng)不僅在軌道尺度受太陽輻射控制，在百年—十年尺度也要受到太陽活動(dòng)的影響。

圖8　LHD5石筍功率譜分析圖Fig.8 Power spectral analysis of LHD5 stalagmite

6 結(jié)論

通過分析湖南龍山縣蓮花洞LHD5石筍δ18O記錄得到以下結(jié)論：

（1）LHD5石筍記錄的全新世早期亞洲季風(fēng)呈逐漸增強(qiáng)的趨勢，對比研究表明亞洲季風(fēng)在全新世早期相位具有一致性，主要受北半球太陽輻射的增強(qiáng)推動(dòng)熱帶輻合帶（ITCZ）北移影響。LHD5石筍記錄的YD結(jié)束時(shí)間為11 748±30 a B.P.，全新世開始于11 684±39 a B.P.，與亞洲季風(fēng)區(qū)大多地質(zhì)記錄略有差異，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為64年，與格陵蘭gicc05記錄在誤差范圍內(nèi)一致。全新世早期LHD5石筍記錄的弱季風(fēng)事件與NGRIP冰芯記錄的降溫事件一一對應(yīng)，整個(gè)演變趨勢也極為一致，表明亞洲季風(fēng)與高緯氣候變化密切相關(guān)。

（2）全新世早期LHD5石筍記錄的6次弱季風(fēng)事件，11 461±34 a B.P.（1.08‰）弱季風(fēng)事件δ18O值波動(dòng)幅度與8 144±24 a B.P.（1.02‰）弱季風(fēng)事件相當(dāng)，10 354±36 a B.P.、9 957±25 a B.P.、9 062±36 a B.P.弱季風(fēng)事件時(shí)長約100年，且10 354±36 a B.P.弱季風(fēng)事件的特點(diǎn)為快速進(jìn)入，波動(dòng)退出。8 744±23 a B.P.弱季風(fēng)事件δ18O值波動(dòng)幅度最小，且只有少數(shù)地質(zhì)記錄識(shí)別到該弱季風(fēng)事件。通過對比發(fā)現(xiàn)這些弱季風(fēng)事件在測年誤差范圍內(nèi)具有區(qū)域意義，除8.2 ka事件之外，10 ka B.P.之前的弱季風(fēng)事件除了受到太陽活動(dòng)的影響，還受到北大西洋IRD事件的影響，而之后更多地受到太陽活動(dòng)和ITCZ南移的影響。

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Discussion about the M echanism of the W eak Summer M onsoon Events during the Early Holocence：A case study of precisely dated stalagm ite record from Lianhua Cave，Hunan province，China

ZHANG HuaSheng1，2YIN JianJun2CHENG Hai3，4R Lawrence Edwards4LIN YuShi2TANGWei2YANG Hui2TU LinLing2WANG Hua2PAN MouCheng2WU Xia2
（1.School of Geographical Sciences，Southwest University，Chongqing 400715，China；2.Key Laboratory of Karst Dynam ics，M LR&Guangxi；International Research Center on Karst；Institute of Karst Geology，CAGS，Guilin 541004，China；3.Institute of G lobal Environmental Change，Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710054，China；4.Department of Earth Science，University of M innesota，M inneapolis 55455，USA）

Abstract：The Early Holocene is an important period of Solar radiation strengthening，globalwarming and along with ice sheetsmelting.The cause of the colder events and the weaker summermonsoon in the Asian monsoon region during the Early Holocene has always been the focus of research.Ithas important significance for the study of the linksamong the Asianmonsoon，ocean and polar regions.Based on 28 U/Th dates and 535 oxygen isotopic data of stalagmite LHD5 from Lianhua Cave，Hunan province，China，a Holocene Asian monsoon evolution record was reconstructed，and the average resolution is8 year in the Early Holocene.From the LHD5 stalagmite record，the end of Younger Dryas was at 11 748±30 a B.P.，the startof the Holocene was at11 684±39 a B.P.，and the conversion time is about 64 years，which is consistentwith the recordsof the gicc05 ice core from Greenland in the error range.The centralage of the six weak summermonsoon eventswere at11 461±34 a B.P.（1.08‰），10 354±36 a B.P.（0.94‰），9 957±25 a B.P.（0.66‰），9 062±36 a B.P.（0.90‰），8 744±23 a B.P.（0.55‰）and 8 144±24 a B.P.（1.02‰）in the record of the stalagmite LHD5 during the Early Holocene，respectively.These weaker summermonsoon events in the A-sianmonsoon region have a common regional significance.In addition to the 8.2 ka event，the weaker summermonsoon events before 10 ka B.P.were notonly affected by the summer insolation but also by the ice-rafted debris（IRD）events in the North Atlantic，but the following weak summermonsoon events were mostly influenced by solar activity and the southward migration of themean position of the Inter-Tropical Convergence Zone.

Key words：Early Holocene；weak summermonsoon events；stalagmite；δ18O；Lianhua cave

第一作者簡介張華生 男 1988年出生 碩士 石筍古氣候研究 E-mail：peanutzhs@163.com

通訊作者殷建軍 男 助理研究員 E-mail：david1985＿2005@163.com

中圖分類號(hào)P532

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)：1000-0550（2016）02-0281-11

doi：10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.007

收稿日期：2015-07-06；收修改稿日期：2015-08-03

基金項(xiàng)目：中國地質(zhì)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（YWF201414）；巖溶地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（2014025，201319）；中國地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項(xiàng)目（12120113006700）［Foundation：Fundamental Research Fund of Chinese Academy of Geological Science，No.YWF201414；Fundamental Research Fund of Institute of Karst Geology，China Geological Survey，No.2014025，201319；China Geological Survey Project，No. 12120113006700］