馬 樂(lè)，蔡演軍，秦世江

doi：10.7515/JEE201503001

貴州七星洞石筍記錄的最近2300年氣候和環(huán)境變化

馬 樂(lè)1，2，蔡演軍1，3，秦世江1

（1.中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所 黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710061；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.西安交通大學(xué) 全球環(huán)境變化研究院，西安 710054）

基于貴州都勻七星洞石筍（QX-3）8個(gè)230Th年代數(shù)據(jù)和414個(gè)δ18O數(shù)據(jù)建立了研究區(qū)過(guò)去2360年、分辨率約為5年的石筍氧同位素時(shí)間序列。七星洞石筍QX-3 δ18O記錄與灰度記錄高度相關(guān)，表明石筍灰度值的變化亦可作為重建古氣候和古環(huán)境的一個(gè)替代指標(biāo)。功率譜分析顯示石筍QX-3 δ18O序列具有顯著的24～20 a和12～10 a周期，與樹輪Δ14C周期有很好對(duì)應(yīng)，為太陽(yáng)輻射驅(qū)動(dòng)氣候變化假說(shuō)提供又一重要證據(jù)。亞洲季風(fēng)區(qū)萬(wàn)象洞、黃爺洞、和尚洞、七星洞和董哥洞的δ18O年代序列曲線對(duì)比顯示，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上各洞穴的δ18O記錄均表現(xiàn)出較一致的氣候環(huán)境變化特征；但在百年到數(shù)十年尺度上存在一定差異，這可能指示了區(qū)域降水對(duì)亞洲季風(fēng)變化的響應(yīng)差異。

七星洞；石筍；灰度；δ18O；氣候變化

洞穴次生碳酸鹽是陸地環(huán)境中一種重要的古氣候信息庫(kù)。經(jīng)過(guò)近幾十年來(lái)的研究，科學(xué)家們已認(rèn)識(shí)到諸如洞穴石筍、流石、鵝管等洞穴次生碳酸鹽沉積物同樹輪、冰芯、珊瑚、黃土及湖泊沉積物一樣，因其對(duì)環(huán)境變化的高敏感性，高分辨地記錄了過(guò)去氣候環(huán)境變化的信息，已成為古氣候和古環(huán)境重建中重要的地質(zhì)檔案。在當(dāng)代不平衡鈾系測(cè)年技術(shù)快速發(fā)展的推動(dòng)下，洞穴石筍的高精度和絕對(duì)年代時(shí)標(biāo)，使得中國(guó)南部石筍記錄逐漸成為全球古氣候?qū)Ρ鹊臉?biāo)尺，對(duì)晚第四紀(jì)氣候的時(shí)空變化研究有著極為重要的科學(xué)意義（程海等，2005）。亞洲季風(fēng)區(qū)已有洞穴石筍研究表明，不同區(qū)域石筍碳酸鹽δ18O值的變化，都具有顯著的近2萬(wàn)年的歲差周期，并一致響應(yīng)北半球高緯千年尺度的氣候事件。然而在百年乃至更短時(shí)間尺度上，石筍碳酸鹽δ18O值的變化則具有較為顯著的區(qū)域差異。最近2000年不同區(qū)域高分辨率石筍δ18O記錄的對(duì)比，有助于查明不同區(qū)域百年乃至十年尺度環(huán)境變化過(guò)程和特點(diǎn)，深刻認(rèn)識(shí)區(qū)域環(huán)境對(duì)亞洲夏季風(fēng)變化的響應(yīng)特征和規(guī)律，進(jìn)而為未來(lái)氣候變化背景下的區(qū)域變化趨勢(shì)估測(cè)提供機(jī)制的理解。本文基于貴州都勻七星洞石筍230Th定年結(jié)果和δ18O測(cè)試數(shù)據(jù)，建立了該地區(qū)2312 BP—-50 BP時(shí)段石筍δ18O的高分辨率時(shí)間序列，結(jié)合已有石筍δ18O記錄，探討過(guò)去2360年亞洲夏季風(fēng)變化的特點(diǎn)和規(guī)律，分析不同區(qū)域石筍δ18O記錄的異同點(diǎn)，特別是與鄰近的貴州荔波董哥洞石筍δ18O曲線（Wang et al，2005）進(jìn)行對(duì)比，討論不同區(qū)域石筍氧同位素記錄在百年至數(shù)十年尺度上差異的成因。另外，本文運(yùn)用傳統(tǒng)的礦物結(jié)構(gòu)和構(gòu)造分析，分析礦物結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)古氣候、古環(huán)境變化的響應(yīng)，指出了石筍碳酸鹽礦物結(jié)構(gòu)構(gòu)造在古氣候、古環(huán)境變化研究中的重要指示意義。

1 研究洞穴與石筍樣品

本文所用石筍采自于貴州省都勻市凱口鎮(zhèn)凱酉村七星洞（107°16′E，26°4′N，圖1），洞穴圍巖為二疊系泥晶灰?guī)r，洞長(zhǎng)約400 m，上覆灰?guī)r厚約80～90 m。該洞穴位于亞洲季風(fēng)系統(tǒng)作用的西南地區(qū)，同時(shí)受東亞夏季風(fēng)與印度季風(fēng)的控制和影響（蔡演軍等，2001）。區(qū)域氣候?qū)儆趤啛釒Ц咴撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，多年平均降雨量為1107 mm，年均氣溫為15.3℃（覃嘉銘等，2004）。本文所用的石筍樣品采于2000年，編號(hào)為QX-3。采取時(shí)表面新鮮，仍有滴水。樣品呈柱狀，總長(zhǎng)227 mm，直徑約120 mm。將石筍沿生長(zhǎng)軸切開并拋光，剖面為灰白色，質(zhì)地較為致密，拋光面顯示了明顯的生長(zhǎng)韻律層，且韻律層較平直，生長(zhǎng)軸方向保持不變，適合開展高分辨率的古氣候研究。

圖1 七星洞地理位置示意圖Fig.1 Geographical location map of Qixing Cave

2 實(shí)驗(yàn)方法和年代標(biāo)尺

在石筍拋光面上沿著生長(zhǎng)軸方向用0.5 mm牙鉆取得8個(gè)測(cè)年樣品，單個(gè)樣品質(zhì)量約為40～50 mg，樣品在石筍中的位置見(jiàn)圖2。采用人工刮磨的方法高分辨率獲取石筍碳、氧同位素組成分析樣品：首先沿著石筍生長(zhǎng)軸的中心將石筍切成橫截面為1 cm×1 cm長(zhǎng)條，然后使用刻刀平行于生長(zhǎng)紋層刮磨，每毫米刮磨24個(gè)樣品，每隔10個(gè)樣品選取一個(gè)進(jìn)行碳、氧同位素組成分析。

圖2 石筍QX-3年代模式（注：黑點(diǎn)表示測(cè)年點(diǎn)位置；藍(lán)色豎線為誤差）Fig.2 The age model of the stalagm ite QX-3

年代樣品在西安交通大學(xué)全球環(huán)境變化研究院U-系年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成，測(cè)試儀器為MC-ICP-MS Neptune，鈾釷化學(xué)分離使用Edwards et al（1987）建立的化學(xué)流程，儀器測(cè)試使用Cheng et al（2013）建立的測(cè)試方法，年齡誤差≤1％（2σ），測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。氧同位素分析測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所穩(wěn)定同位素實(shí)驗(yàn)室完成。在分析測(cè)試時(shí)每十個(gè)氧同位素樣品測(cè)試一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，分析儀器為Finngan MAT 252質(zhì)譜儀，使用已知同位素組成的高純CO2氣體為參考?xì)猓?（ Rsample/Rstd-1） ×1000，其中R =18O/16O，δ值相對(duì)于PDB標(biāo)準(zhǔn)給出，分析誤差≤ ± 0.08‰。

本文對(duì)石筍QX-3樣品進(jìn)行灰度分析，具體步驟為：使用拋光機(jī)由粗至細(xì)將切開的剖面拋至光滑，用清水清洗以后自然干燥，然后使用掃描儀對(duì)拋光剖面進(jìn)行灰度掃描；最后截取生長(zhǎng)軸附近沒(méi)有孔洞和裂紋區(qū)域的圖像，提取其灰度值，得到其灰度矩陣，矩陣中的每一個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)圖像上相應(yīng)像元的灰度值，其值介于0～255，值越大表示反光越強(qiáng)，亮度越大（袁野，2011）。將矩陣每一行的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，就得到石筍沿生長(zhǎng)軸的灰度變化序列。

除此之外，本文還對(duì)石筍樣品頂部約6 cm具有代表性的沉積層位進(jìn)行礦物晶體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的分析。切取此處塊狀樣品，在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心磨制三塊常規(guī)的巖石薄片后，使用中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所洞穴實(shí)驗(yàn)室OLYMPUS BX-60熒光-偏光顯微鏡對(duì)礦物組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行鏡下觀察和分析（圖3紅色方框內(nèi)指示制作石筍巖石薄片的位置）。

表1 七星洞石筍QX-3230Th測(cè)年結(jié)果Table 1 230Th dating results of stalagm ite QX-3 in Qixing Cave

3 結(jié)果與討論

3.1 石筍QX-3灰度記錄

石筍灰度是指樣品在透光或直射光線照射下，樣品的明暗程度。一般情況下，灰度值就是樣品照片的灰階值，在0～255變化。如圖4所示，七星洞石筍QX-3拋光面顯示了明顯的生長(zhǎng)韻律層，且韻律層較平直，生長(zhǎng)軸方向基本保持不變。將拋光面掃描成灰度照片后，QX-3石筍的韻律層可大致分為兩類：一種為顏色較深灰度值小的暗層，一種為顏色較淺灰度值大的亮層。由于是石筍樣品掃描的灰度照片，暗色層對(duì)應(yīng)的是反光性差（透光性好）的層位，而亮層對(duì)應(yīng)的是反光性好（透光性差）的層位。

圖3 石筍QX-3剖面圖、年代采樣點(diǎn)及巖石薄片位置Fig.3 The section，sampling sites and slides of sites stalagmite QX-3，Qixing Cave

如圖5所示，石筍灰度變化與δ18O的變化表現(xiàn)出高度的一致性，暗色層中δ18O值偏負(fù)，而亮色層中δ18O值偏正。將灰度值與δ18O的深度序列平滑處理到相同的深度上，計(jì)算相關(guān)性系數(shù)（n=150，r=0.53，置信度為：99.9％），證明二者具有很高的相關(guān)性。在顯微鏡下透光觀察石筍頂部2 cm灰度值變化最明顯的巖石薄片（如圖5所示，由于拍攝區(qū)域不如目鏡下視域廣，這里將連續(xù)拍攝的特征照片拼接在同一圖片內(nèi)進(jìn)行觀察分析），掃描照片中亮色層內(nèi)分布有大量的微小空隙，并填充有透光較弱的雜質(zhì)；而暗色層中則與之相反。這說(shuō)明掃描照片中的亮色層是由于微小空隙和弱透光物質(zhì)的存在，導(dǎo)致反光增強(qiáng)所致。

在透光情況下，石筍年層內(nèi)暗色物質(zhì)至少有三種來(lái)源，分別為洞穴滴水?dāng)y帶、洞穴滴水?dāng)嗔髌陂g灰塵沉積和原地生長(zhǎng)有機(jī)質(zhì)（Lauritzen and Kihle，1996；李彬等，1997；秦小光等，1998；王先鋒等，1999）。北京石花洞石筍的研究表明，透光年層灰度的變化主要是由于有機(jī)微粒分布密度的不同引起（秦小光等，2000）。劉啟明等（2002）也認(rèn)為影響石筍微層灰度的因素主要有：微層內(nèi)部物質(zhì)影響因素；氣候與生態(tài)環(huán)境因素；水體下滲過(guò)程影響因素。由于QX-3樣品中這種暗色物質(zhì)的增多并不是年層內(nèi)的季節(jié)性變化，因此可能指示其形成于滴水減少的時(shí)期，石筍生長(zhǎng)過(guò)程中由于供水量不連續(xù)，洞穴空氣中塵埃或有機(jī)質(zhì)顆粒對(duì)方解石晶體生長(zhǎng)產(chǎn)生干擾，造成該時(shí)期所形成方解石的孔隙度大并富含雜質(zhì)。

圖4 七星洞石筍巖石薄片鏡下觀察圖（a.石筍樣品QX-3的剖面；b.巖石薄片對(duì)應(yīng)區(qū)的灰度照片；c.單偏光鏡下巖石薄片照片；d.QX-3頂部2 cm灰度的深度曲線；e.QX-3頂部2 cm δ18O的深度曲線；f.正交偏光鏡下巖石薄片照片）Fig.4 The m icroscopic observation f gure of stalagm ite slides of Qixing Cave

圖5 七星洞QX-3灰度與氧同位素對(duì)比Fig.5 Comparison of QX-3 between gray scale and δ18O series

在正交偏光下觀察巖石薄片，可見(jiàn)組成石筍QX-3的方解石晶體均呈{4041}和{1010}聚形，其長(zhǎng)軸方向垂直于基質(zhì)生長(zhǎng)面，大部分晶粒0.5～3 mm，其中暗色層方解石晶體多呈{4041}聚形，方解石晶粒長(zhǎng)寬比較大，而亮色層方解石晶體多呈{1010}聚形，長(zhǎng)寬比較小，存在較多晶體缺陷。Frisia et al（2000）的研究表明，長(zhǎng)寬比較大的方解石晶粒形成于供水量大、利于方解石持續(xù)生長(zhǎng)的條件下，而長(zhǎng)寬比較小、缺陷較多的微晶形成于滴水變化較大，限制晶體生長(zhǎng)物質(zhì)較多的環(huán)境下。這與灰度值的變化基本一致，指示了亮色層相對(duì)較為干旱，暗色層較為濕潤(rùn)的環(huán)境特征。

因此，石筍QX-3的灰度變化和晶體組構(gòu)都反映了石筍生長(zhǎng)過(guò)程中氣候及環(huán)境的變化，并且與石筍碳酸鹽δ18O的變化相一致。這也與楊勛林等（2012）發(fā)現(xiàn)石筍灰度和當(dāng)?shù)亟邓恳约皽囟仍谧兓厔?shì)上均呈正相關(guān)相類似，表明石筍灰度和礦物晶體的組構(gòu)也可作為氣候和環(huán)境變化研究的一個(gè)代用指標(biāo)，可為氧同位素組成等氣候代用指標(biāo)提供佐證。

3.2 石筍QX-3氧同位素記錄

中國(guó)南方石筍碳酸鹽氧同位素組成的氣候意義目前有多種不同的認(rèn)識(shí)。Wang et al（2001）在解釋葫蘆洞石筍氧同位素組成記錄時(shí)，認(rèn)為其反映了與夏季風(fēng)強(qiáng)弱變化相聯(lián)系的冬夏季降水的比率；Yuan et al（2004）認(rèn)為石筍δ18O主要反映了水汽由源區(qū)向內(nèi)陸移動(dòng)過(guò)程中，水汽冷凝比率的多寡，進(jìn)而反映了夏季風(fēng)強(qiáng)度的變化。Maher（2008）提出中國(guó)南方石筍δ18O反映了降水水汽源的同位素組成變化，主要反映影響水汽源同位素組成的印度季風(fēng)的強(qiáng)弱變化，而非區(qū)域降水強(qiáng)度，也就是東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度的變化。Dayem et al（2010）和Pausata et al（2011）根據(jù)現(xiàn)代降水觀測(cè)和模擬結(jié)果，也提出了水汽來(lái)源及其同位素組成對(duì)中國(guó)南方石筍δ18O的重要影響。Cai et al（2010）提出，影響石筍碳酸鹽δ18O的因素有多種，不同時(shí)間尺度上影響δ18O值變化的主導(dǎo)因素不同，不同氣候邊界條件下，石筍碳酸鹽δ18O值與氣候要素值的關(guān)系也存在較大差異。雖然學(xué)界對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)石筍碳酸鹽δ18O所指示的氣候意義還存在爭(zhēng)議，但正如最近模擬研究（Liu et al，2014）所指出，在軌道和千年時(shí)間尺度上季風(fēng)環(huán)流強(qiáng)弱應(yīng)該是影響石筍氧同位素組成的主要因素，這也與亞洲季風(fēng)區(qū)石筍18O值變化在軌道和千年時(shí)間尺度上的一致性相吻合。然而，在百年甚至更短時(shí)間尺度上，石筍碳酸鹽δ18O的解譯仍需謹(jǐn)慎（程海等，2005），不同環(huán)境單元的氣候特點(diǎn)，特別是降水對(duì)季風(fēng)變化的區(qū)域響應(yīng)可能更為重要（Tan et al，2009）。蔡演軍等（2001）認(rèn)為七星洞石筍碳酸鹽δ18O值自早全新世以來(lái)長(zhǎng)期增加的趨勢(shì)指示了亞洲夏季風(fēng)的逐漸減弱，而晚全新世的大幅波動(dòng)可能與源于不同降水云團(tuán)對(duì)該地區(qū)降雨貢獻(xiàn)的變化有關(guān)，也就是與東亞季風(fēng)和西南季風(fēng)對(duì)該地區(qū)的降水影響有關(guān)。

在十年乃至百年時(shí)間尺度上，雖然水汽來(lái)源的變化對(duì)降水的氧同位素組成有一定影響，但區(qū)域降水量的多寡可能是影響降水氧同位素組成的主要因素，這是因?yàn)閬喼藜撅L(fēng)區(qū)鄰近區(qū)域的δ18O記錄都在部分時(shí)段表現(xiàn)出不同的變化特征。這與具有一致的水汽源，也就是應(yīng)該具有相同的變化特征相矛盾。為此，本文認(rèn)為七星洞最近2360年石筍碳酸鹽的δ18O值在百年至數(shù)十年尺度上的波動(dòng)，主要指示了降雨量的變化。

七星洞石筍QX-3研究的2360年內(nèi)共測(cè)試碳氧同位素414個(gè)，平均分辨率約5年。整個(gè)δ18O序列沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，δ18O值的變化范圍為-8.1‰ ～ - 4.5‰，平均值為-6.3‰，波動(dòng)幅度達(dá)到3.6‰。其中在公元80 —160年和650—800年兩個(gè)階段，石筍碳酸鹽δ18O值顯著增加，且自公元1500年以來(lái)，δ18O值在波動(dòng)中持續(xù)增加，指示了這些時(shí)段研究洞穴區(qū)域降水減少和相對(duì)較為干旱的環(huán)境特征。

3.3 功率譜

本文采用REDFIT38功率譜分析軟件對(duì)七星洞QX-3石筍的δ18O序列進(jìn)行周期分析，在95％置信度水平下通過(guò)紅噪聲檢驗(yàn)的周期有24 ～20 a和12～10 a（圖6）。24 ～22 a和12 ～10 a周期成分與樹輪Δ14C檢測(cè)出來(lái)的周期一致，對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)黑子活動(dòng)的22 a和11 a周期（Kurths et al，1993），也與亞洲季風(fēng)區(qū)其他高分辨率季風(fēng)記錄中（洪業(yè)湯等，1999；Fleitmann et al，2003；Dykoski et al，2005；Wang et al，2005；Cai et al，2012）檢測(cè)出的太陽(yáng)活動(dòng)周期相一致，揭示了太陽(yáng)黑子活動(dòng)引起的輻照強(qiáng)度的變化可能通過(guò)季風(fēng)氣候系統(tǒng)的響應(yīng)，影響了區(qū)域降水的變化，并記錄在洞穴次生碳酸鹽的氧同位素組成中。這也驗(yàn)證了由大氣環(huán)流模型（GCM）得出的結(jié)論：太陽(yáng)黑子活動(dòng)微小變化就能導(dǎo)致地表氣候系統(tǒng)發(fā)生變化（Haigh，1996；Shindell et al，1999）。然而，太陽(yáng)活動(dòng)引起的太陽(yáng)輻照強(qiáng)度在全新世的最大變化幅度僅為其總強(qiáng)度的0.09％（Vieira et al，2011），因此很難使用太陽(yáng)輻照強(qiáng)度的直接驅(qū)動(dòng)來(lái)解釋季風(fēng)在這些周期上的變化（Cai et al，2012），氣候系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用很可能放大太陽(yáng)活動(dòng)引起的輻照量的變化。目前，這些相互作用和放大機(jī)制并不清楚，還需要深入的研究。

圖6 七星洞石筍QX-3氧同位素序列功率譜分析結(jié)果Fig.6 Power spectral analysis of the stalagmite QX-3 δ18O sequence from Qixing Cave

3.4 不同洞穴石筍δ18O年代序列曲線的對(duì)比

在全新世，亞洲季風(fēng)區(qū)不同洞穴石筍的δ18O記錄均表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，與北半球夏季太陽(yáng)輻射逐漸減少的趨勢(shì)相同，且北半球高緯千年—數(shù)百年的冷事件在不同洞穴石筍δ18O序列中也都有表現(xiàn)，揭示了季風(fēng)環(huán)流對(duì)太陽(yáng)輻射和北半球溫度變化的響應(yīng)（Cai et al，2010）。然而最近2000年不同洞穴石筍δ18O記錄（Wang et al，2005；Hu et al，2008；Zhang et al，2008；Tan et al，2011）的對(duì)比表明，不同區(qū)域石筍δ18O值的變化，既有較為一致的變化，也存在明顯的區(qū)域差異（如圖7，粗線條為原始序列的滑動(dòng)平均曲線）。

例如，萬(wàn)象洞和黃爺洞兩個(gè)洞穴均位于我國(guó)西北的甘肅武都縣，相距不足30公里。兩個(gè)洞穴最近1800 年石筍δ18O年代序列曲線在整體趨勢(shì)上具有較好的一致性，尤其是在公元1000—2000 年時(shí)段內(nèi)，變化細(xì)節(jié)都十分相似；但在公元600—900年時(shí)段內(nèi)則具有明顯差異：該時(shí)段內(nèi)萬(wàn)象洞δ18O值變化特征為先增大后減小，而黃爺洞的δ18O值則是先減小后增大（圖7a）。我國(guó)南方和尚洞和董哥洞石筍記錄的δ18O值變化在整體上也具有很高的一致性。但在公元500—1000 年時(shí)段內(nèi)也顯示出一定的區(qū)域差異性：該時(shí)段內(nèi)和尚洞石筍δ18O值變幅較大，顯示增大—減小—增大—減小的變化特征，曲線呈“w”型；而該時(shí)段內(nèi)董哥洞石筍δ18O值變化幅度則較為平緩，顯示先減小后增大的平緩“n”型（圖7b）。

董哥洞（108°5′E，25°17′N）地處貴州荔波縣垌塘鄉(xiāng)老場(chǎng)村東約3 km處（張美良，2001，2009），位于本文研究洞穴七星洞東南方120 公里。對(duì)比最近2300年石筍δ18O的時(shí)間序列，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)洞穴石筍δ18O值的變化趨勢(shì)具有較好的一致性，但在公元600—900 年與公元1600—1900 年兩個(gè)時(shí)段內(nèi)具有明顯的差異：即七星洞δ18O值在公元600—900 年有一個(gè)顯著增加的變化，而董哥洞δ18O的變化僅有微弱的減少，沒(méi)有明顯的波動(dòng)；在公元1600—1900年，七星洞δ18O值在波動(dòng)中增加，而董哥洞δ18O則持續(xù)減少，表現(xiàn)為相反的變化趨勢(shì)。除此之外，與董哥洞δ18O值1.5‰的變化幅度相比，七星洞石筍碳酸鹽δ18O值的變化幅度顯著增大，達(dá)到3.6‰。這一方面表明了七星洞洞穴系統(tǒng)對(duì)降水變化響應(yīng)非常敏感，另一方面也可能暗示了與外界氣候變化相聯(lián)系的洞穴內(nèi)環(huán)境變化對(duì)七星洞石筍碳酸鹽δ18O值的影響。

盡管較大的年代誤差可造成不同洞穴石筍δ18O在百年至數(shù)十年尺度上變化的差異，但上述5個(gè)洞穴石筍的測(cè)年誤差都較小，因此，這些差異很難用年代測(cè)量誤差來(lái)解釋，應(yīng)主要反映降水變化的區(qū)域差異?，F(xiàn)代器測(cè)資料的分析表明，中國(guó)不同地區(qū)過(guò)去50 年降水量變化的趨勢(shì)具有顯著差異，如：中國(guó)北方和長(zhǎng)江中下游地區(qū)的季風(fēng)降水呈相反的變化趨勢(shì)，中國(guó)西南地區(qū)的降水也與上述兩個(gè)地區(qū)表現(xiàn)出不同的變化特點(diǎn)和趨勢(shì)（Qian and Lin，2005；Ding et al，2008，2009）。本文研究的七星洞和已經(jīng)報(bào)道的董哥洞雖相距不遠(yuǎn)，但卻在最近2300年的部分時(shí)段，表現(xiàn)出不同的變化特征，這與早前發(fā)現(xiàn)的季風(fēng)降水變化存在區(qū)域差異的認(rèn)識(shí)一致（Tan et al，2009），可能指示了器測(cè)資料所揭示的降水分布模式，在歷史時(shí)期存在一定的變化，且不同區(qū)域分布的范圍以及區(qū)域降水變化趨勢(shì)之間的關(guān)系也存在變化。

圖7 亞洲季風(fēng)區(qū)石筍δ18O記錄對(duì)比Fig.7 Comparison of stalagmite δ18O records from the Asian monsoon region

4 結(jié)論

1）七星洞石筍QX-3的灰度變化主要反映了方解石晶體中孔隙和雜質(zhì)的多寡，與石筍沉積環(huán)境的變化有關(guān)。δ18O序列與灰度序列的顯著正相關(guān)，表明該洞穴石筍的灰度和氧同位素受控于相同的環(huán)境因子，石筍灰度值亦可作為一個(gè)替代指標(biāo)對(duì)古氣候和古環(huán)境進(jìn)行重建，能夠?qū)ζ渌弥笜?biāo)進(jìn)行佐證。

2）功率譜分析顯示石筍QX-3的δ18O序列具有顯著的24 ～20 a和12～10 a周期，與樹輪Δ14C周期有很好對(duì)應(yīng)，為太陽(yáng)輻射驅(qū)動(dòng)亞洲季風(fēng)氣候變化提供又一重要證據(jù)。

3）萬(wàn)象洞、黃爺洞、和尚洞、董哥洞和七星洞的δ18O年代序列曲線對(duì)比顯示，鄰近洞穴最近2000年δ18O記錄均表現(xiàn)出較一致的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，且在百年至數(shù)十年尺度上的變化也大致相同，但在部分時(shí)段仍存在一定差異。即使洞穴所處地理位置相距不遠(yuǎn)（如萬(wàn)象洞與黃爺洞、七星洞與董哥洞），這種百年至數(shù)十年尺度上變化的差異仍然存在，表明季風(fēng)氣候影響下的降水分布模式，在歷史時(shí)期存在一定的變化，不同區(qū)域分布的范圍以及降水變化趨勢(shì)的關(guān)系均存在變化，可能指示了降水對(duì)季風(fēng)變化響應(yīng)的區(qū)域差異。

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A high resolution paleoclimate record of the last 2300 years in stalagm ite QX-3 from the Qixing Cave，Guizhou Province

MA Le1，2，CAI Yan-jun1，3，QIN Shi-jiang1
（1.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology，Institute of Earth Environment，Chinese Academy of Sciences，Xi'an 710061，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;
3.Institute of Global Environmental Change，Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710054，China）

Based on 8 accurately dated230Th ages and 414 stable oxygen isotope compositions （δ18O） obtained from the stalagm ite QX-3 from Qixing Cave，Duyun City，Guizhou Province，a 5-year resolution oxygen isotope pro f le of the past 2300 years was established，which likely documented the precipitation changes at the cave site.Using the scanned image，the grayscale of the polished section of the stalagmite QX-3 was also attained.The grayscale pro f le of the stalagm ite was highly correlated w ith the δ18O series，indicating that the stalagm ites' grayscale could be used as a proxy index for paleoclimatic and paleoenvironmental reconstruction.The spectrum analysis of QX-3 δ18O sequence showed that the periods of 24～20 years and 12～10 years were signi f cant （above the 95％ con f dence level）.These periods corresponded well w ith that found in the tree-ring reconstructed Δ14C series，further con f rm ing the forcing of solar activity on the Asian monsoon climate.The comparison of QX-3 δ18O record and other speleothem δ18O records，i.e.，the records from Wanxiang Cave，Huangye Cave，Heshang Cave，and Dongge Cave，showed the general consistant characteristics of precipitation changes on the longterm.However，the differences on centennial to decadal time-scales were significant，implying the diverse responses of regional precipitation to the Asian monsoon changes on these time-scales.

Qixing Cave；stalagm ite；grayscale；δ18O；climate change

P532

A

1674-9901（2015）03-0135-10

2015-02-09

中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目（KZZD-EW-04-01）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41271229）

蔡演軍，E-mail：yanjun_cai@ieecas.cn