黃帆+楊勛林+張銀環(huán)+張?jiān)旅?/p>

摘要：60～90 kaBP是末次間冰期向末次冰期轉(zhuǎn)換時(shí)期，此時(shí)段經(jīng)歷了許多重要的氣候事件。對(duì)此進(jìn)行深入研究有助于了解這些氣候突變事件，為理解氣候驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供新的視角。通過系統(tǒng)回顧60～90 kaBP洞穴石筍、極地冰芯等古氣候載體的研究成果，探討72 kaBP氣候突變事件與Toba火山噴發(fā)的關(guān)系，提出72 kaBP的Toba火山噴發(fā)并不是導(dǎo)致72 kaBP氣候事件的主導(dǎo)因素；MIS4/5a的轉(zhuǎn)換時(shí)間不能以72 kaBP氣候事件為界，應(yīng)以Dansgaard/Oeschger（D/O）20事件為界；石筍記錄在晚更新世變化趨勢(shì)與太陽輻射曲線基本一致，但D/O18事件在不同地區(qū)、不同古氣候載體中存在差異性，說明全球氣候在長(zhǎng)時(shí)間尺度下受太陽輻射影響，而在短時(shí)間尺度上受控于多種因素，尤其是區(qū)域因素的影響。

關(guān)鍵詞：石筍；氧同位素；MIS4/5a；Dansgaard/Oeschger（D/O）事件；晚更新世

中圖分類號(hào)：P532 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）03-0544-05

末次間冰期以來的氣候變化由于沉積記錄大多保存良好、沉積期后的次生變化小，而且相當(dāng)多的沉積記錄具有高分辨率的特征，適合高分辨率的古氣候研究，是古氣候研究中的重點(diǎn)[1-3]。特別是末次間冰期以來氣候變化很復(fù)雜，存在著一系列的百年、千年以及萬年尺度重復(fù)發(fā)生的氣候突變事件而成為全球氣候變化研究焦點(diǎn)[4]。對(duì)該時(shí)段內(nèi)高分辨率氣候演化歷史的重建及變化機(jī)制和表現(xiàn)形式等的研究，有可能為研究近現(xiàn)代氣候變化機(jī)制、氣候突變事件以及預(yù)測(cè)未來氣候變化速率、幅度、持續(xù)時(shí)間及趨勢(shì)提供重要的科學(xué)依據(jù)。

對(duì)于MIS4/5a轉(zhuǎn)換時(shí)間有學(xué)者認(rèn)為是70～74 kaBP[5]。早期研究發(fā)現(xiàn)阿拉伯海鉆孔巖芯記錄的Toba火山灰層分布于MIS4/5a界限附近[6]，Rampino等[7]認(rèn)為Toba火山的噴發(fā)是導(dǎo)致氣候變化的主導(dǎo)因素，并將其噴發(fā)時(shí)間作為MIS4/5a轉(zhuǎn)型時(shí)間。但有研究表明，Toba火山的噴發(fā)前后氣候并沒有顯著變化[8]，特別是低緯度地區(qū)的氣候變化幅度并不大。古生物研究同時(shí)顯示Toba火山噴發(fā)并未對(duì)生物的生存環(huán)境產(chǎn)生毀滅性的影響[9，10]。因此，Toba火山噴發(fā)對(duì)末次間冰期到末次冰期氣候轉(zhuǎn)換是否起到?jīng)Q定性作用有不同的觀點(diǎn)。通過系統(tǒng)回顧60～90 kaBP洞穴石筍、極地冰芯等古氣候載體的研究成果，探討72 kaBP氣候突變事件與Toba火山噴發(fā)的關(guān)系，提出72 kaBP的Toba火山噴發(fā)并不是導(dǎo)致72 kaBP氣候事件的主導(dǎo)因素；MIS4/5a的轉(zhuǎn)換時(shí)間不能以72 kaBP氣候事件為界，應(yīng)以D/O20事件為界；石筍記錄在晚更新世變化趨勢(shì)與太陽輻射曲線基本一致，但D/O18事件在不同地區(qū)、不同古氣候載體中存在差異性，說明全球氣候在長(zhǎng)時(shí)間尺度下受太陽輻射影響，而在短時(shí)間尺度上受控于多種因素，尤其是區(qū)域因素的影響。

1 晚更新世氣候波動(dòng)

從格陵蘭冰芯記錄GISP2和洞穴石筍記錄中能夠清晰地看到末次間冰期向末次冰期轉(zhuǎn)換的60～90 kaBP時(shí)段里氣候存在著不同幅度的振蕩[11-15]。末次間冰期氣侯整體比末次冰期氣候溫和濕潤(rùn)，但氣候很不穩(wěn)定，發(fā)生了一系列全球性或區(qū)域性的氣候突變事件。在60～90 kaBP時(shí)段發(fā)生了D/O18～22等事件。其中區(qū)域性差異突出的有D/O18事件和72 kaBP左右的氣候突變事件。MIS5a作為末次間冰期中最后一個(gè)時(shí)期（關(guān)于末次間冰期的定義存在兩種意見，一種是只相當(dāng)于海洋氧同位素期MIS5e，持續(xù)時(shí)間約20 ka，另一種是指整個(gè)氧同位素5期，持續(xù)時(shí)間約57 ka，這里采用后者的定義），其向末次冰期變化的研究對(duì)未來氣候變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)有重要意義。目前人類正處于間冰期，下一個(gè)冰期何時(shí)到來，間冰期向冰期如何轉(zhuǎn)化的問題都引起了人們的關(guān)注。

1.1 Toba火山噴發(fā)事件及其影響

火山噴發(fā)會(huì)對(duì)地球氣候產(chǎn)生重要的影響，其改變氣候的方式主要是通過增加空氣中CO2的含量、火山噴發(fā)過程中產(chǎn)生的硫酸鹽氣溶膠以及進(jìn)入平流層的塵埃[16]?；鹕絿姲l(fā)后產(chǎn)生的大量火山灰物質(zhì)進(jìn)入平流層，削弱到達(dá)地表的太陽輻射，從而對(duì)氣候產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。72 kaBP左右的Toba火山噴發(fā)是第四紀(jì)以來最猛烈的火山噴發(fā)[17]，其噴發(fā)后產(chǎn)生的火山灰物質(zhì)總體積超過800 000 m3，覆蓋了整個(gè)地球表面積的1%[18，19]。Toba火山噴發(fā)產(chǎn)生數(shù)量如此巨大的火山灰物質(zhì)是否會(huì)引起地球氣候從間冰期轉(zhuǎn)變?yōu)楸?？不同學(xué)者的研究有不同的結(jié)論。從圖1神農(nóng)架山寶洞石筍記錄[11]、南京葫蘆洞記錄[15]與格陵蘭冰芯記錄[13，14]對(duì)比可以看出，山寶洞、葫蘆洞以及巴西洞穴石筍記錄在72 kaBP左右氣候發(fā)生變化，格陵蘭冰芯記錄在70 kaBP左右也存在一個(gè)大幅度的變化。格陵蘭冰芯記錄GRIP和GISP2氧同位素劇烈偏輕，山寶洞石筍SB22記錄的氧同位素顯著偏重，這些指示了北半球氣溫降低，亞洲季風(fēng)減弱，降水減少。印尼Toba火山噴發(fā)也在72 kaBP左右。因此，Schulz等[20]推測(cè)發(fā)生于D/O19和D/O20之間的Toba火山噴發(fā)是導(dǎo)致氧同位素劇烈波動(dòng)的主導(dǎo)因子并稱其為“Toba事件”。在格陵蘭冰芯GRIP和GISP2記錄中D/O20暖峰之后氧同位素是處于一個(gè)偏輕的過程，而隨后72 kaBP左右Toba火山開始噴發(fā)，其加劇了氧同位素的變化，使得氣候發(fā)生更強(qiáng)烈的改變。這指示了氧同位素的變化先于Toba火山的噴發(fā)，Toba火山噴發(fā)加強(qiáng)了氧同位素的變化程度而非主導(dǎo)氧同位素變化的驅(qū)動(dòng)因子。Zielinski等[17]也認(rèn)為Toba火山噴發(fā)并沒有驅(qū)動(dòng)氣候進(jìn)入MIS4冰期時(shí)代。

由葫蘆洞石筍碳、氧穩(wěn)定同位素記錄[15]可知，73 kaBP左右碳、氧同位素曲線存在著差異。δ18O曲線在72.5 kaBP存在一個(gè)氣候突變事件，而δ13C曲線的氣候突變事件時(shí)間更早。由于碳、氧同位素是采自同一石筍樣品，因此兩者表現(xiàn)出的差異應(yīng)與定年誤差無關(guān)。按照MSL石筍記錄，在Toba火山噴發(fā)前δ13C曲線就開始發(fā)生偏輕的變化，且偏輕變化的時(shí)間遠(yuǎn)比δ18O曲線在72.5 kaBP左右變化的時(shí)間長(zhǎng)。說明了Toba火山噴發(fā)可能不是72 kaBP左右的冷事件發(fā)生的主導(dǎo)因子，也說明了碳穩(wěn)定同位素或上覆植被對(duì)氣候變化更為敏感，對(duì)Toba火山噴發(fā)前S-SO42-的反應(yīng)比較劇烈。這些假設(shè)還有待進(jìn)一步研究證明。格陵蘭冰芯記錄與石筍記錄的72 kaBP左右氣候變化也存在差異。從圖1可以看出，格陵蘭冰芯記錄在D/O20事件之后氧同位素就開始偏輕隨后開始劇烈偏輕，這不同于石筍記錄在D/O20事件之后的直接變化，Toba火山噴發(fā)若是導(dǎo)致“72 ka氣候事件”的主導(dǎo)因子，為什么同一事件會(huì)引起變化的不同模式？另外，Toba火山噴發(fā)前后多項(xiàng)記錄無實(shí)質(zhì)性變化。例如，阿拉伯海的SO90-93KL巖芯記錄在Toba火山噴發(fā)前后SST均處于穩(wěn)定下降狀態(tài)[21]。東海MD97-2151巖芯記錄了在Toba火山噴發(fā)后SST并未有大幅波動(dòng)[22]。蘇門答臘島的猩猩數(shù)量在Toba火山噴發(fā)后不減反增[9，10]。這些變化不大的記錄使得人們對(duì)Toba火山噴發(fā)是否能引起全球性的氣候變化產(chǎn)生了疑問。因此，作者認(rèn)為Toba火山噴發(fā)并不是72 kaBP氣候突變事件的主導(dǎo)因子。

1.2 MIS4/5a轉(zhuǎn)型時(shí)間

對(duì)MIS4/5a的轉(zhuǎn)型時(shí)間有學(xué)者建議是70～74 kaBP[5]，但由于代用指標(biāo)的差異、定年誤差等原因，不同學(xué)者對(duì)MIS4/5a的轉(zhuǎn)型時(shí)間還存在不同的劃分。覃嘉銘等[23]通過研究貴州七星洞石筍認(rèn)為MIS4/5a為78.5 kaBP；在SPECMAP年代標(biāo)尺中MIS5a結(jié)束的時(shí)間約為70 kaBP[5]；在格陵蘭GRIP冰芯記錄中則為75～80 kaBP[5]。早期的研究發(fā)現(xiàn)，阿拉伯海鉆孔巖芯記錄的Toba火山灰層分布于MIS4/5a的界線附近，以Toba火山噴發(fā)的時(shí)間為MIS4/5a轉(zhuǎn)型時(shí)期，是MIS4冰期的起點(diǎn)[7]。而從圖1格陵蘭冰芯記錄GRIP和GISP2曲線的變化趨勢(shì)可知，冰芯記錄的氧同位素早于Toba火山噴發(fā)時(shí)間（在D/O20事件暖峰之后）開始偏輕，因此傳統(tǒng)的將Toba火山噴發(fā)作為MIS4/5a的轉(zhuǎn)型時(shí)間不準(zhǔn)確。由于D/O20事件氧同位素的振幅與MIS5c相當(dāng)，且D/O20暖峰后氣候總體維持在一個(gè)長(zhǎng)達(dá)12 ka左右的相對(duì)較冷時(shí)段。因此，MIS4/5a的轉(zhuǎn)型時(shí)間應(yīng)以D/O20事件為分界。

1.3 MIS5a間冰階結(jié)構(gòu)

通過圖2、圖3可見，不同地區(qū)的石筍氧同位素記錄在MIS5a階段都具有相似性，并能很好地與太陽輻射變化進(jìn)行對(duì)應(yīng)，說明全球氣候主要受控于太陽輻射[24]。此外，萬象洞等氧同位素曲線與南半球巴西BT洞氧同位素曲線存在反相位關(guān)系，說明南、北半球氣候存在蹺蹺板效應(yīng)（“seesaw”效應(yīng)）[25，26]。MIS5a階段的氣候也存在差異性。圖2中MIS5b向5a轉(zhuǎn)換時(shí)，不同的記錄轉(zhuǎn)換快慢不同。SB22記錄中轉(zhuǎn)換是緩慢進(jìn)行的，而在萬象洞記錄、NGRIP冰芯記錄[27]和巴西BT洞記錄中卻是迅速轉(zhuǎn)換。安春雷等[25]認(rèn)為這可能是由于萬象洞的地理位置決定了其對(duì)季風(fēng)變化較山寶洞更加敏感。

2 晚更新世D/O事件

氣候變化受到了許多因素的影響。辛普森假說指出由于太陽輻射量的改變引起氣候的變化，最終導(dǎo)致冰期、間冰期的出現(xiàn)，米蘭科維奇假說指出由于地球軌道參數(shù)的變化引起地球冷暖的變化，導(dǎo)致冰期、間冰期的出現(xiàn)，主要的驅(qū)動(dòng)機(jī)制有400 ka和100 ka的公轉(zhuǎn)軌道偏心率周期、41 ka地軸傾斜率周期和21 ka歲差周期[28]，但這些地球外部因素并不能完全解釋長(zhǎng)時(shí)間尺度背景下的短時(shí)間氣候突變事件，其他因子也會(huì)影響地球的氣候，例如溫鹽環(huán)流、火山活動(dòng)、人類活動(dòng)等都會(huì)對(duì)氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在60～90 kaBP的氣候變化過程中，D/O17～22事件呈現(xiàn)出明顯的千年尺度變化。圖1中D/O19、20事件在不同氣候代用指標(biāo)記錄中都有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而D/O18事件在不同地區(qū)卻不能很好地重現(xiàn)。

D/O18事件在格陵蘭冰芯記錄GRIP和GISP2中表現(xiàn)得很顯著；巴西石筍BT2005在D/O18事件處也有大幅振蕩；神農(nóng)架天鵝洞石筍SW12中D/O18事件峰型顯著，強(qiáng)度同MIS3階段[29]；重慶新崖洞石筍XY2的D/O18事件也表現(xiàn)明顯[30]，而在高分辨率的葫蘆洞石筍MSL、董哥洞石筍D4、山寶洞石筍SB22中卻并不突出。同樣都是在亞洲季風(fēng)區(qū)，為什么幾個(gè)洞穴對(duì)同一氣候事件的記錄卻有如此大的區(qū)別？圖3中60～90 kaBP氣候變化的不同地質(zhì)記錄曲線具有很好的相似性，在長(zhǎng)時(shí)間尺度背景下與65°N太陽輻射線能夠很好地吻合，說明太陽輻射是長(zhǎng)時(shí)間尺度全球氣候變化的主導(dǎo)因素，但在短時(shí)間尺度內(nèi)還存在著其他影響氣候變化的因素。由于區(qū)域性差異導(dǎo)致不同氣候代用指標(biāo)對(duì)一些短時(shí)間尺度氣候變化事件響應(yīng)存在一定的差異。D/O18事件是由多種驅(qū)動(dòng)因子引起的。山寶洞石筍SB22記錄缺少D/O18事件是由于分辨率低導(dǎo)致其沒有體現(xiàn)[11]，而葫蘆洞、董哥洞石筍記錄中D/O18事件不顯著說明存在其他影響因素。不同地區(qū)石筍對(duì)D/O18事件記錄的差異性表明，D/O18事件可能受到太陽輻射、溫鹽環(huán)流等多因子綜合影響，導(dǎo)致不同地區(qū)對(duì)D/O18事件的記錄不同。

3 結(jié)論與展望

通過對(duì)比60～90 kaBP石筍、極地冰芯等古氣候載體的研究成果得出以下結(jié)論：

1）60～90 kaBP是末次間冰期向末次冰期轉(zhuǎn)型的階段，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上石筍氧同位素記錄曲線、格陵蘭冰芯氧同位素曲線等都與65°N太陽輻射曲線具有高度的相似性，說明氣候變化在長(zhǎng)時(shí)間尺度受太陽輻射影響，符合米蘭科維奇假說。

2）60～90 kaBP時(shí)段不同的古氣候載體研究成果在短時(shí)間尺度上表現(xiàn)出差異性，如D/O18事件在不同記錄中存在明顯差異，這與古氣候載體自身特點(diǎn)和影響氣候變化的區(qū)域性因素有關(guān)。

3）Toba火山噴發(fā)并不是引起72 kaBP氣候突變事件的主導(dǎo)因子，其對(duì)氣候變化起到了加強(qiáng)作用。

為了更好地了解60～90 kaBP的氣候變化，應(yīng)加強(qiáng)60～90 kaBP時(shí)段氣候突變事件的研究，提高古氣候記錄的分辨率和定年的精度。對(duì)Toba火山噴發(fā)與72 kaBP氣候突變事件的關(guān)系，應(yīng)提高古氣候記錄的分辨率，為進(jìn)一步判斷兩者的關(guān)系提供有力證據(jù)。為了確定MIS4/5a轉(zhuǎn)型時(shí)間，需要獲取更多不同地區(qū)的氣候代用指標(biāo)，通過對(duì)比來達(dá)成統(tǒng)一的共識(shí)。要確認(rèn)導(dǎo)致D/O18事件差異的因素，需要比較與之相類似的氣候突變事件，加強(qiáng)短時(shí)間尺度氣候突變因素的研究。

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