李國軍 楊勛林 張月明 李辰絲 呂春艷

摘 要：利用采自三峽庫區(qū)水鳴洞石筍（NSM03）的測年數(shù)據(jù)、微量元素Mg/Ca比值為氣候環(huán)境指標，并結(jié)合石筍δ18O記錄分析三峽庫區(qū)小冰期時期的氣候變化。研究結(jié)果顯示Mg/Ca值，在AD1280開始迅速減小，并持續(xù)至AD1300，石筍δ18O記錄也顯示在AD1280～1300期間明顯快速偏重，表明季風迅速減弱，降水持續(xù)減少，庫區(qū)進入小冰期。石筍微量元素比值記錄表明，在小冰期時期內(nèi)部存在明顯的降水波動情況，尤其是在AD1400～1650期間，微量元素比值出現(xiàn)大幅度的震蕩，表明季風降水在這一時期處于頻繁波動期。

關(guān)鍵詞：石筍 微量元素 小冰期 三峽庫區(qū)

中圖分類號：P532 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0204-03

小冰期是近千年以來重要的氣候重要事件之一，目前人們主要通過石筍、冰芯、湖泊記錄等代用指標來研究這一氣候變化事件，并且取得了一定的成果。研究表明小冰期時期的氣候并非一直保持寒冷狀態(tài)，內(nèi)部出現(xiàn)了冷暖交替的情況[1]，尤其是在AD1400～1650時段，降水季風處于頻繁波動期[2]。目前小冰期的研究還存在起止事件不確定、內(nèi)部氣候波動和驅(qū)動因素不明確的爭議。該文采用石筍微量元素Mg/Ca比值重建長江三峽庫區(qū)小冰期古氣候變化歷史，獲取高分辨率的氣候信息，探索小冰期氣候的形成時間及其內(nèi)部的氣候波動，補充當前研究中的不足。

1 研究區(qū)概況與分析方法

石筍NSM03采自重慶市豐都縣水鳴洞（29°47′00″N，107°47′00″E）。水鳴洞坐落于龍河峽谷內(nèi)，與雪玉洞毗鄰，位于中國西南地區(qū)（29°33′18″～30°16′25″N，107°28′03″～108°12′37″E），處于三峽庫區(qū)內(nèi)（見圖1）。石筍NSM03采自于大廳，總長90 mm，柱狀。石筍的測年樣品共7個，每個樣品約重150 mg，在臺灣大學地質(zhì)系高精度質(zhì)譜與環(huán)境變遷實驗室使用MC-IC-MS Neptune測試，年齡誤差≤1%（2σ），具體方法參見Shen[3]；石筍微量元素取樣是沿石筍中心軸鉆取，每個微量元素樣品重約1mg，共取89個樣品，樣品是在西南大學地球化學與同位素實驗室完成的，使用分析儀器為Element XR型ICP-MS和Optima-2100DV全譜直讀型ICP-OES。

2 討論與分析

2.1 石筍的定年方法

利用石筍進行古氣候的重建，首先要確定石筍的年代，鈾系定年是目前應(yīng)用最廣泛的定年方法。石筍NSM03共測試了7個230Th年代數(shù)據(jù)（表1）。

2.2 石筍Mg/Ca比值的氣候意義

目前石筍δ18O記錄已經(jīng)廣泛應(yīng)用于古氣候重建，前人研究結(jié)果表明[4]：石筍δ18O的變化主要受季風環(huán)流強弱和季風降水的影響，石筍δ18O越輕，指示夏季風越強，降水量越大，氣候暖濕；反之亦然。

目前石筍Mg/Ca值的古氣候意義還存在爭議。巴西南部晚更新世石筍記錄研究顯示Mg/Ca值和季風帶來的降雨量大小有關(guān)[5]。李清等對重慶梁天洞石筍Mg/Ca及其古氣候環(huán)境意義進行了分析，發(fā)現(xiàn)石筍Mg/Ca與碳同位素具有明顯正相關(guān)關(guān)系，認為可能與碳酸鹽先期沉積作用或滴率減小有關(guān)，因而間接地響應(yīng)了降水的變化[6]。在氣候較為干旱時期，巖溶水在圍巖滯留時間較長，CaCO3優(yōu)先從滲透水沉積，導致Mg/Ca比值增加[7]。通過圖2顯示，水鳴洞石筍Mg/Ca值曲線和δ18O曲線的變化趨勢基本一致，石筍δ18O值與Mg/Ca比值是呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，如在小冰期開始的時間，他們之間就有著相似的變化特點，表明水鳴洞石筍Mg/Ca比值與季風降水量呈負相關(guān)，指示了降水量的大小。

2.3 小冰期氣候變化

石筍碳氧穩(wěn)定同位素用于古氣候和古環(huán)境重建相對于石筍Mg/Ca比值研究更為成熟，而且被普遍認為是可靠的氣候代用指標。在圖2中，對比石筍NSM03的δ18O值曲線和Mg/Ca值變化曲線，發(fā)現(xiàn)它們之間呈現(xiàn)比較一致的變化趨勢。

水鳴洞石筍NSM03的δ18O值和Mg/Ca值的曲線變化顯示小冰期的開始時間為AD1280～1300：石筍的δ18O值在AD1250顯示明顯偏輕，在AD1280迅速偏重，在AD1300前后滑入整條曲線的谷底，為本段記錄的500 a年間最重；Mg/Ca值在一階段也呈現(xiàn)了相似的曲線變化，一直是呈下降趨勢，在AD1280～1300更是出現(xiàn)了比較明顯的下降，并且降至此階段的最低點。由于對微量元素影響因素的復雜性和多元性，例如，微生物活動強度改變土壤CO2濃度對Sr2+有較為顯著的影響，溫度變化對Mg2+的分配系數(shù)影響等干擾因素也是不可忽略的。這些因素的影響可能就會導致我們在分析小冰期時期的降水變化存在一定的不足，有待我們進一步的分析和討論。

3 結(jié)論

該文利用重慶豐都水鳴洞石筍NSM03測年數(shù)據(jù)和Mg/Ca值并結(jié)合石筍氧同位素數(shù)據(jù)重建了三峽庫區(qū)小冰期的古氣候和古環(huán)境信息，得出以下結(jié)論：水鳴洞石筍的Mg/Ca值可以反映亞洲季風變化。亞洲季風增強時，降雨增加，溫度升高，石筍中Mg含量減少；反之亦然。微量元素比值變化曲線與石筍氧穩(wěn)定同位素值變化曲線具有較為一致的變化趨勢，證明石筍微量元素能夠較好的感應(yīng)到外界氣候的變化，可以作為記錄氣候變化的載體。

參考文獻

[1] 陳發(fā)虎，黃小忠，張家武，等.新疆博斯騰湖記錄的亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)小冰期濕潤氣候研究[J].中國科學（D輯：地球科學），2007，37（1）：77-85.

[2] 楊勛林，陳發(fā)虎，袁道先，等.高分辨率石筍記錄的三峽庫區(qū)小冰期氣候變化[J].地理科學，2013，33（5）：629-634.

[3] SHEN C C，LAWRENCE EDWARDS R，CHENG H，etal.Uranium and Thorium Isotopic and Concentration Measurements by Magnetic Sector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry[J].Chemical Geology，2002，185（3～4）：165-178.

[4] 程海，艾思本，王先鋒，等.中國南方石筍氧同位素記錄的重要意義[J].第四紀研究，2005，25（2）：157-63.

[5] Cruz F W，Burns S J，Jercinovic M，et al.Evidence of rainfall variations in Southern Brazil from trace element ratios（Mg/Ca and Sr/Ca）in a Late Pleistocene stalagmite[J].Geochimicaet Cosmochimica Acta，2007，71（9）：2250-2263.

[6] 李清，王建力，李紅春，等.重慶地區(qū)石筍記錄中Mg/Ca比值及古氣候意義[J].中國巖溶，2008，27（2）：145-150.

[7] Fairchild I J，Treble P C.Trace elements in speleothems as recorders of environmental change[J].Quaternary Science Reviews，2009，28（5～6）：4149-4168.