8.2ka事件石筍記錄與其他地質(zhì)記錄的對(duì)比分析

■聶旭東

（西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院重慶400715）

8.2ka事件石筍記錄與其他地質(zhì)記錄的對(duì)比分析

■聶旭東

（西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院重慶400715）

統(tǒng)計(jì)了全新世早期氣候突變事件—8.2 ka BP冷事件，并對(duì)其觸發(fā)機(jī)制及區(qū)域氣候響應(yīng)做了較深入的分析。從各種氣候記錄的分布情況來看，全新世早期的這次冷事件是全球性氣候事件，并非是一種局部氣候變冷事件。8.4～8.0 ka BP期間的太陽輻射量減小或太陽活動(dòng)減弱，也可能對(duì)全新世早期的這次冷事件有一定強(qiáng)化作用。由于西風(fēng)帶南移和季風(fēng)環(huán)流減弱等原因的影響，使得這次冷事件區(qū)域氣候響應(yīng)有明顯的不同。將石筍與其他地質(zhì)記錄進(jìn)行了對(duì)比分析，在高分辨石筍的記錄中對(duì)此次事件記錄明顯。

石筍記錄 8.2ka 事件 氣候突變 驅(qū)動(dòng)機(jī)制

1　引言

8.2ka BP冷事件作為全新世以來最為顯著的一次全球性急速降溫事件，其起因與溫鹽環(huán)流密切相關(guān)，對(duì)該事件行為特征的深人研究，不但可為氣候突變研究提供不可或缺的例證，而且可為氣候模型的建立提供重要依據(jù)，同時(shí)對(duì)于未來溫鹽環(huán)流減弱和停滯可能導(dǎo)致的氣候變化有著重要的指導(dǎo)意義。

但來自不同地域的8.2ka BP冷事件記錄在發(fā)生年代、持續(xù)時(shí)間和發(fā)生強(qiáng)度等方面存在較大差異，由于8.2ka BP冷事件的持續(xù)時(shí)間十分短暫(<200a)，中心事件的持續(xù)時(shí)間則更短(<100a)，除來自冰芯外，高分辨率的洞穴石筍記錄也較好的響應(yīng)了該事件[1]。

該氣候事件已在格陵蘭、北大西洋、東歐、加勒比海等地區(qū)的相關(guān)沉積中得以證實(shí)[2～4]。

近年來，人們經(jīng)常把亞洲季風(fēng)區(qū)內(nèi)獲得的早全新世氣候代用指標(biāo)的異常與格陵蘭“8.2ka BP事件”聯(lián)系起來。通過對(duì)石筍記錄與其他地質(zhì)記錄進(jìn)行分析，獲得了“8.2ka BP事件”較為詳細(xì)的變化特征，本文對(duì)此做一簡單論述。

對(duì)這些過去氣候突變事件的重建可以使我們對(duì)未來的氣候環(huán)境變化有更為準(zhǔn)確的預(yù)測，從而為應(yīng)對(duì)全球變化對(duì)人類生存環(huán)境的影響提供依據(jù)，過去幾十年來，許多科學(xué)家分別利用深海沉積物、黃土、冰川、冰芯、湖泊沉積物、樹輪、孢粉組合、洞穴石筍、珊瑚等載體來研究全新世氣候與環(huán)境，取得了豐碩的成果。

在眾多用于古氣候重建的材料中洞穴沉積物越來越受到人們關(guān)注，主要是由于：

（1）分布范圍廣闊。

（2）定年精度高。

（3）古氣候記錄連續(xù)性好，時(shí)間跨度大。

（4）外界干擾因素小。

（5）代用指標(biāo)豐富。

（6）采樣成本較低。

（7）分辨率高。

正是由于以上的眾多優(yōu)勢，石筍成為近十幾年來最有價(jià)值的氣候歷史載體，受到研究者的高度關(guān)注[5]。

2　8.2ka BP氣候突變事件研究進(jìn)展

2.1格林蘭8.2ka BP事件記錄

對(duì)8.2 ka BP事件的重視始于格林蘭冰芯記雜。在 GISP、Dye-3，North GRIP和GISP2等冰芯的氧同位素記錄中，8.2 ka BP前后都出現(xiàn)了一個(gè)明顯的峰值，其幅度相當(dāng)于新仙女木事件氧同位素記錄的一半。根據(jù)氧同位素轉(zhuǎn)換所獲得的溫度降達(dá)6土2°C。此后，報(bào)據(jù)GISP2冰芯氮同位素的轉(zhuǎn)換所獲得的8.2 ka BP事件期間的溫度異常為3.3±1.1°C。其它化學(xué)指標(biāo)顯示，伴隨著溫度的降低，格林蘭地區(qū)的降雪量開始減少，同時(shí)風(fēng)強(qiáng)開始增大。此外，冰芯中甲院含量的降低，指示熱帶植被可能開始減少[6]。

2.2歐洲8.2ka BP事件記錄

在歐洲，8.2 ka BP前后有諸多沉積記錄顯示與8.2 ka BP氣候異常事件相關(guān)。如挪威中南部湖泊和陸地沉積物記錄在8.2 ka BP前后出現(xiàn)的異常曾被命名為Finse事件[7]。

Seierstadet[8]在挪威西部Grovabreen發(fā)現(xiàn)了一個(gè)持續(xù)百年的冷期，時(shí)間上與8.2 ka BP事件大致相吻合。來自挪威西部的Flatebreen地區(qū)的沉積物記錄中顯示，在8.3～8.2 ka BP間存在一個(gè)干冷期[9]。

之后，Nesje et al.[10]利用對(duì)挪威西部冰堰湖沉積中的有機(jī)質(zhì)、磁懸浮物、顆粒尺寸和孢粉等的分析，解譯了8.2 ka BP間的陸地氣候的季節(jié)性變化。

Hald and Korsun[11]對(duì)挪威斯瓦爾巴德群島北極峽灣沉積物的分析顯示，在8.45 ka BP和8.20 ka BP時(shí)，底棲有孔蟲氧同位素明顯降低，認(rèn)為其與Agassiz冰湖融解而導(dǎo)致的大量淡水注入北大西洋的事件相吻合。

英格蘭東南部化石的古氣候重建記錄顯示，在8.2ka BP期間，當(dāng)?shù)貧鉁叵陆盗?°C；英格蘭南部的鈣華及扇貝記錄顯在8.2ka BP前后存在一次持續(xù)時(shí)間極短的干冷事件。

Magny et al對(duì)來自法國東部Annecy湖泊沉積物的孢粉和水平面高度等分析顯示，該地在8.2ka BP期間，氣候轉(zhuǎn)為冷濕。

Naughton et al利用法國西北大陸架巖芯記錄，解譯了當(dāng)?shù)貧夂蜃?850 a BP以來的軌道和次軌道尺度的氣候變化，認(rèn)為在8.39～ 8.06 ka BP期間科達(dá)屬植物的突然減少，是對(duì)北大西洋8.2 ka BP冷事件的響應(yīng)。

Blarquez et al.對(duì)法國境內(nèi)阿爾卑斯地區(qū)古植物11.7 ka BP以來的高分辨記錄中清晰顯示了8.2ka BP事件。

2.3美洲8.2 ka BP事件記錄

美洲的一些沉積物中也十分清晰地記錄了8.2 ka BP事件。在美國東北的碳酸鹽沉積物中發(fā)現(xiàn)氧同位素的改變達(dá)0.8‰。

在美國New Hampshire的White Mountains湖泊沉積物中發(fā)現(xiàn)了與Nova Scotia類似的8.2 ka BP氣候突變記錄。

美國的Massachusetts的湖泊沉積物的孢粉記錄中顯示山一個(gè)伴隨湖面上升的百年冷期。

美國Virginia的Browns Pond沉積物記錄顯示，在8.2 ka BP期間的確存在冷期。

此外，氣候的明顯異常在Minnesota的Elk湖區(qū)、Clearwater County的Deep湖的沉積物中亦有記錄(同位素變輕2‰)。

在南美洲亦存在8.2 ka BP事件的記錄。比如來自南美洲北部委內(nèi)瑞拉的Cariaco盆地灰度指標(biāo)在8.2 ka BP間突然降低，指示氣候突然變干，同時(shí)風(fēng)力增強(qiáng)，此氣候異常也是該記錄中全新世以來變化幅度最大的一次氣候突變。

雖然該記錄的年代分辨率有限，但其所記錄的異常比其它北熱帶區(qū)域都要顯著。

Cheng et al.在對(duì)來自巴西東部的Padre和PaixSo洞石筍精確定年基礎(chǔ)上所進(jìn)行的氧同位素分析顯示，在8212～8086 a BP期間，石筍氧同位素值明顯降低，并呈現(xiàn)出雙谷結(jié)果，與北半球石筍同期氧同位素的突變趨勢相反，指示南美夏季風(fēng)(SASM)強(qiáng)度的明顯加強(qiáng)。此外，來自哥倫比亞的孢粉記錄和墨西哥的藻類記錄中也反映了8.2 ka BP期間氣候的趨干。

2.4非洲8.2 ka BP事件記錄

非洲在8.5～7.8 ka BP之間的湖泊水位的降低，及其它湖泊沉積物指標(biāo)所指示的干期，很可能均為響應(yīng)8.2 ka BP事件的表現(xiàn)。在湖泊記錄中能明顯反映氣候趨勢的包括維多利亞湖、Turkaim湖、Tanganyika湖和Malawi湖等。在Tigalmamine湖和SebkhaMellala湖中也發(fā)現(xiàn)了類似的記錄[12-15]。

2.5亞洲8.2 ka BP事件記錄

來自中國的關(guān)于8.2 ka BP事件的記錄主要來自于湖泊、冰芯、洞穴、泥炭沉積物。在已報(bào)道的洞穴石筍的記錄中，清晰記錄了8.2 ka BP事件的是貴州董哥洞石筍[16]和湖北清江和尚洞石筍[17]，它們的氧同位素值在8.2 ka BP期間明顯偏正，說明東亞季風(fēng)在此期間顯著減弱。

同樣，山西蓮花洞石筍記錄也清晰的捕捉到了“8.2ka事件”，其主要發(fā)生在 8260—8080a BP.(年齡誤差為±100a)，振幅約1.7‰。與湖北和尚洞相比，蓮花洞地理位置更靠北，緯度更高，但兩個(gè)單點(diǎn)δ18O記錄對(duì)“8.2ka事件”的響應(yīng)卻呈現(xiàn)出較高的一致性，這進(jìn)一步證實(shí)了兩地石筍時(shí)標(biāo)的重建是較為準(zhǔn)確的。

除中國之外，亞洲其它地區(qū)亦存在8.2 ka BP事件記錄。

一支來自于阿曼陸地邊緣的海洋沉積物的喜冷有孔蟲記錄(指示亞洲季風(fēng)強(qiáng)度)顯示，在8.2 ka BP期間，亞洲季風(fēng)強(qiáng)度在短期內(nèi)突然變?nèi)鮗18]。

另一支來自阿拉伯海的沉積物記錄顯示，印度河的水量在8.4 ka BP時(shí)突然變少，與8.2 ka BP事件初期的氣候偏干相吻合。

也門一支石筍的氧同位素記錄顯示，亞洲夏季風(fēng)變?nèi)醯臅r(shí)期與格林蘭冰芯記錄中的8.2 ka BP事件發(fā)生年代一致。

在南亞也發(fā)現(xiàn)了相關(guān)記錄，來自印度尼西亞珊瑚的氧同位素及Sr/Ca比值顯示，在8.0ka BP前后出現(xiàn)一次了約3℃的顯著降溫。

3　“8.2 ka BP冷事件”的突變機(jī)制

Struiver[18]根據(jù)大氣中14C產(chǎn)生速率的變化，發(fā)現(xiàn)9.6 ka BP以來太陽活動(dòng)存在許多極小期，其中8.4～7.8 ka BP時(shí)期是全新世4個(gè)太陽活動(dòng)極小期相對(duì)集中的時(shí)期之一。

最近，Perry et al.根據(jù)簡單的太陽輻射模型計(jì)算了近90 ka BP以來太陽輻射變化，結(jié)果表明8.4～8.0 ka BP時(shí)期太陽輻射相對(duì)較弱。

因此弱的太陽活動(dòng)或弱的太陽輻射可能是產(chǎn)生8.2 ka BP時(shí)北半球乃至全球尺度氣候環(huán)境事件的主要外在因素。

大量的研究表明，全球氣候環(huán)境突變與溫鹽環(huán)流(THC)變化密切相關(guān)，也成為了目前解釋氣候突變事件最主要的機(jī)制。當(dāng)北大西洋北部及北海因融冰形成過量的淡水時(shí)，由于鹽度減小而影響了表層水的下沉與北大西洋深水NADW的形成速率，溫鹽環(huán)流就變成了單泵或無泵模式，使THC減弱或甚至關(guān)閉。

冬季形成的海冰可以在一年的大部分時(shí)間里存在，這可以反射太陽的熱量，導(dǎo)致相鄰陸地涼爽的夏季和較冷的冬季，由于此時(shí)大氣是來自寒冷的海冰表面而不是溫暖的灣流水團(tuán)，使歐洲和西西伯利亞的氣候變得寒冷和干燥。

應(yīng)用全球海-氣耦合模型對(duì)于北大西洋溫鹽環(huán)流對(duì)淡水注入的敏感性研究表明，研究表明，全新世早期殘存于北美哈德遜灣的勞倫冰蓋形成的Agassiz和Ojibway阻塞湖，在大約8.47 ka BP時(shí)突然排泄，將大約2×1014m3的淡水通過哈德遜海峽注入到Labrador 海(該海域是NADW形成的三大區(qū)域之一)，破壞了這一區(qū)域深層海水的形成。

這一突發(fā)事件目前被認(rèn)為是造成8.4～8.0 ka BP時(shí)期北大西洋地區(qū)突然降溫的原因，也解釋了為什么北大西洋及北歐地區(qū)對(duì)氣候突變事件的反映最為強(qiáng)烈。

一些研究結(jié)果還表明，北大西洋環(huán)流的變化除了對(duì)北大西洋和周圍的氣候產(chǎn)生相對(duì)直接的影響外，還會(huì)通過大氣圈內(nèi)部動(dòng)力過程對(duì)全球的氣候產(chǎn)生敏感的影響。

4　洞穴石筍δ18O蘊(yùn)含的古氣候意義

洞穴滴水中的δ18O值主要反映降水的δ18O值，而大氣降水δ18O值隨季節(jié)和空間的變化主要受以下幾種效應(yīng)的影響：水汽源地同位素組成的變化、雨量效應(yīng)、蒸發(fā)效應(yīng)、冬/夏季風(fēng)降水量比值以及大氣環(huán)流系統(tǒng)的變化。

當(dāng)石筍δ18O用于解釋氣候變化時(shí)很重要的一點(diǎn)，即在洞穴石筍碳酸鈣沉積過程中必須和母液之間保持同位素平衡分餾。

hompson et al(1976)通過分析現(xiàn)代洞穴碳酸鈣與地下水的氧同位素，指出同位素平衡條件在洞穴中是存在的。

溫度會(huì)影響降水中同位素分餾和石筍碳酸鈣沉積中的同位素分餾，溫度越高，更多含重同位素的水汽(H2O18)凝結(jié)降水，使得降水中同位素偏正；但是，溫度也會(huì)影響同位素在母液和石筍碳酸鈣之間的同位素分餾，溫度越低使得石筍碳酸鈣δ18O越偏正。

但是，F(xiàn)rank(2004)認(rèn)為Rozanski的這一估算缺少普遍性的證據(jù)，在不同研究區(qū)可能有不同的值，況且這種模式不一定適用于歷史時(shí)期的氣候變化。

2004年Kathleen and Lynn Ingram(2004)對(duì)中國不同地區(qū)現(xiàn)代降水的δ18O變化特征做了一個(gè)總結(jié)，研究站點(diǎn)的降水δ18Op的變化都和夏季風(fēng)強(qiáng)度緊密相關(guān)。

與此同時(shí)，對(duì)降水δ18O的影響在降雨量方面較溫度方面表現(xiàn)的更明顯，所以，在夏季有更偏負(fù)的δ18Op。

5　問題與展望

盡管石筍古氣候研究已經(jīng)取得了引人矚目的成果，但目前的研究還存在很多需要解決的問題：

（1）石筍的生長機(jī)理。到底在什么樣的氣候背景下有利于石筍的生長，暖濕還是涼濕，或者只與巖溶系統(tǒng)有關(guān)，不同的區(qū)域石筍生長有何特征。這些都是重建古氣候變化的重要因素。

（2）古氣候的代用指標(biāo)。目前石筍的古氣候代用指標(biāo)除了氧同位素具有全球可對(duì)比性外，其它代用指標(biāo)都很大程度受到局域氣候或洞穴系統(tǒng)的影響，不利于對(duì)比研究。即使是氧同位素，其氣候的指代意義也一直沒能量化，因此還需要進(jìn)一步的對(duì)比研究予以討論。今后的研究中，應(yīng)繼續(xù)完善不同時(shí)間尺度的古氣候記錄，尤其是在不同的氣候區(qū)域，建立可對(duì)比的氣候變化曲線，從而探討氣候變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。同時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)各指標(biāo)的綜合分析，結(jié)合歷史資料和現(xiàn)代觀測資料，重點(diǎn)解決石筍古氣候代用指標(biāo)的指代意義，從而達(dá)到定量重建古氣候變化歷史。

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P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-129-3