揭示全新世期间东亚季风演化历史与动力学过程对预测未来全球气候变化具有重要意义。古气候研究表明全新世气候在百年至千年尺度上存在一系列气候突变事件,然而目前对中国黄土是否具有记录全新世快速气候变化的潜力仍存在争议。在光释光定年基础上,本研究对运城盆地闻喜县全新世黄土剖面中厚6 m的古土壤层(S0)开展了综合岩石磁学和地球化学古气候替代性指标序列分析,揭示了该地区11.98 ka B.P.以来东亚夏季风降雨的演化历史及其对全球气候突变事件的响应。研究结果表明,该剖面的载磁矿物以磁铁矿和磁赤铁矿为主,磁性颗粒的粒径以单畴(SD)和假单畴(PSD)颗粒为主导,并含有少量多畴(MD)颗粒;磁化率和Rb/Sr比值的一致性变化主要反映了受东亚夏季风控制的成土作用变化,而区域季风降雨在11.98~9.4 ka B.P.呈增加趋势,在9.4 ka B.P.之后呈减少趋势,并在约9.4 ka B.P.达到峰值;此外,高分辨率磁化率记录表明在约4 ka B.P.、6 ka B.P.、8 ka B.P.、9 ka B.P.存在4次显著的气候突变事件,它们与Bond冷事件具有良好的对应关系,可能反映了北半球高纬气候突变对运城盆地的季风降雨的影响。
末次冰期Heinrich Stadial 4气候突变事件(HS4事件)是发生于约40 ka B.P.(B.P.表示Before Present, Present为公元1950年)最为显著的一次海因里希冰阶事件,对其转型特征和精细结构的刻画有助于深入理解千年尺度气候突变事件的机制。本研究基于贵州黔西县水西洞SXG-3石笋的11个高精度230Th年龄和277个δ^(18)O数据,重建了40.77~37.17 ka B.P.时段平均分辨率为13 a的亚洲夏季风强度演变序列。该石笋氧同位素记录清晰地捕捉到了HS4弱季风事件,呈现出三阶段变化的特征,即:第1阶段(39.97~39.13 ka B.P.),石笋δ^(18)O在840±90 a内偏正1.32‰,夏季风缓慢减弱,对应于热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)的南移和格陵兰气候快速变冷;第2阶段(39.13~38.35 ka B.P.),石笋δ^(18)O整体偏正,平均为-8.34‰,夏季风强度达到最弱,而南美季风达到最强,对应于ITCZ移动至最南端;第3阶段(38.35~37.59 ka B.P.),石笋δ^(18)O在760±89 a的时间内偏负至-9.25‰,对应于ITCZ的向北移动和格陵兰气候快速变暖。水西洞石笋记录的HS4事件三阶段变化特征与福建仙云洞记录十分相似,对应于NEEM(Northern Greenland Eemian Ice Drilling)冰心^(17)O-excess所反映的低纬水文循环过程变化,同时与南美Toca da Boa Vista(TBV)和Toca da Barrigude(TBR)洞穴石笋记录呈“镜像关系”。分析结果表明,在北半球高纬气候触发后,热带海洋和南半球热量的不断积聚及其随后的释放所引起的ITCZ的南北移动是造成这种三阶段变化的主要原因。
基于山西阳泉市莲花洞石笋8个^(230)Th年代和109个δ^(13)C数据,获取了末次冰期54.5~41.1 ka BP期间平均分辨率为120年的δ^(13)C记录。综合对比亚洲季风区29°~41°N之间5条独立定年的、高分辨率石笋δ^(13)C记录表明:不同洞穴石笋δ^(13)C记录在相同生长时段具有较好的重现性,δ^(13)C指标能够有效指示洞穴上覆地区土壤CO_(2)产率,从而反映洞穴外部环境与季风气候的变化。δ^(13)C记录的5个千年尺度亚洲夏季风增强事件在定年误差范围内响应于格陵兰冰芯记录的Dansgaard-Oeschger(DO)10~14事件,而2个弱季风过程与北大西洋钻孔记录Heinrich 5和Heinrich 5a事件密切联系。这种石笋δ^(13)C记录的空间一致性表明亚洲夏季风及其控制下的区域生态环境波动在千年尺度上通过海-气耦合响应于北高纬气候变化。
