作者简介：汪永进，男，1959年04月出生，1995年09月师从于南京师范大学刘泽纯教授，于2000年06月获博士学位。

 

摘  要

 

格陵兰冰芯和北大西洋深海沉积记录揭示了晚更新世以来气候变化的高频振荡特征，这种气候不稳定性进一步得到了高北纬以外地区若干地质记录的证实。然而，要深入理解这些高频气候振荡旋回特征（D/O）和突变事件（Heinrich事件）的形成机制，还有赖于在全球范围内寻找更多的高分辨率气候记录，由此分析各气候子系统对全球事件的正负反馈机制。本文基于南京汤山洞穴石笋24个TIMS测年数据、1224个氧、碳同位素分析数据和显微岩相学研究结果，首次建立了末次冰期中国东部地区最高时间分辨率的气候演化序列，探讨了东亚季风气候事件与全球气候变化的耦合机制。

 

50万年以来的南京汤山洞穴气候演变过程，为末次冰期亚轨道尺度气候振荡旋回及突变事件的研究提供了洞穴长期气候演化的背景材料。据洞内一支石笋的5个U系年龄和81个氧碳同位素数据，建立了氧同位素期6－13（MIS6－13）的气候变化曲线。与深海DSDP659孔d¹⁸O记录对比发现，两者间具有极其相似的变化规律，说明南京石笋氧同位素记录的古气候具有全球性演化特征。此外，石笋氧同位素曲线也反映了东亚季风区气候变化的区域性特征：463－159kaBP期间，石笋d¹⁸O曲线暖峰值逐步变小，说明各间冰期洞穴古温度有逐渐下降的趋势，与中国黄土高原堆积序列反映的东亚季风环流强度变化趋势基本一致。

 

南京洞穴石笋d¹⁸O变化信息十分突出地反映了东亚大陆冬、夏季风环流的综合气候效应，增强的夏季风降水和温度效应导致石笋d¹⁸O值负向漂移（富¹⁶O）。分辨率达100年的末次冰期石笋d¹⁸O变化曲线与格陵兰冰芯d¹⁸O古气温曲线有着十分良好的对比关系。指示季风气候降温的石笋d¹⁸O正向漂移（富¹⁸O）事件对应于高北纬气候记录的冰漂碎屑事件（Heinrich事件）和新仙女木事件（YD事件），反之，石笋δ¹⁸O值显著负偏响应于格陵兰冰芯记录的百年－千年尺度D/O事件（IS1-20），而且两者之间在曲线形态上具有一一对应关系。石笋冷暖阶的d¹⁸O变化幅度（2‰－3‰）基本达到上述50万年来冰期与间冰期的变化幅度。石笋d¹⁸O曲线中较长周期（千年至万年）气候变化旋回也与高北纬冰芯和深海记录的Bond旋回具有一致性。在总体变化趋势方面，石笋d¹⁸O曲线相似于65^ºN夏季太阳辐照曲线和南极冰芯气候记录。南、北极气候变化在南京石笋气候记录中的双重印迹，反映了东亚季风气候的不稳定性和快速变化可能是多种驱动机制共同作用的结果。

 

石笋高精度热电离质谱（TIMS）测年技术可以直接测定¹⁴C测年范围之外的气候事件年龄。4支具有重叠时段的石笋测年结果表明，YD、H1－H6七个降温事件的谷底年龄分别为12100±200、16200±100、24230±100、30540±300、38850±900、48040±470、67080±2500yrBP（日历年），与格陵兰冰芯GISP2时标作对比，5个年轻事件（YD-H4）的年龄基本一致，而H5和H6事件年龄，石笋时标比GISP2时标偏老2000年左右。由于冰芯依据纹层计数和冰流模式建立时标，具有较大的定年不确定性，相距仅30公里的GRIP和GISP2冰芯在标定H1－H5事件年龄上具有较大差异。作者认为，GISP2冰芯年龄应在45－75KaBP之间系统纠偏2000年左右，以便于全球范围内气候事件的对比研究。在精确石笋时间标尺基础上，作者进一步研究了气候事件的发生频率和持续时间，发现Heinrich 事件和D/O事件的发生频率具有一致的变化规律：即末次冰期晚期（40－10KaBP）比早期（75－40KaBP）气候事件发生频率明显加快，其1000－2000年周期接近于北大西洋沉积记录和GISP冰芯记录的1470±500年周期。石笋气候记录的另一重要特征是各间冰段持续时间具有依次缩短现象。如对于在欧洲发现的若干间冰段Orerel（IS15、16、17），Glinde（IS13、14），Hengelo（IS12）和DeneKamp（IS8），其持续时间分别为6，4，3和2Ka，这与极地冰芯记录有显著差异。

 

分辨率达10年的石笋氧同位素曲线，反映了全球气候事件发生时东亚季风气候的转型特征和内部结构差异。H1事件具有快速降温和阶梯式缓慢升温的转型特征，这种异常结构的降温事件既不同于其它H事件的内部结构，又不同于更长周期的Bond 旋回，这一特殊类型的变冷事件进一步得到了具有年际分辨率的石笋年层厚度变化曲线的支持。根据石笋年层厚度变化曲线，识别出末次盛冰期（18.2－14.4KaBP）6个旋回的异常结构降温事件，每一旋回（本文称MG旋回）持续500－800年不等。指示了北半球冰流开始后撤背景下，短时间尺度东亚季风环流形式对全球气候事件的特殊响应方式，有可能说明H型气候事件存在着不同的形成机制。石笋高分辨率气候记录同时提供了高纬与低纬高频气候－火山事件遥相关的强有力证据。根据印尼TOBA火山喷发年龄、火山事件地层对比资料，作者认为TOBA火山诱发了72KaBP左右的D/O旋回，其冷暖变幅可达10℃以上，这一事件对中国东部地区和格陵兰极地气候都产生了深刻的影响，进一步证明D/O事件的多成因特征及其大气传输机制。对Bond 旋回的详细研究发现，在H和D/O事件背景上叠加有一系列数十年－百年尺度的气候变化旋回，表明D/O事件内部的不稳定性特征，其d¹⁸O变幅一般在0.5‰－1‰范围内，也许太阳黑子数变化周期对这类不稳定性气候变化的发生有重要贡献。

 

通过对洞穴石笋碳同位素的研究，作者指出：洞穴石笋d¹³C的变化不能完全反映地表植被类型的更替，地表年平均温度、地表雨水的PH值以及洞穴围岩的溶蚀组分都对d¹³C变化有所贡献：在50万年以来的长期的气候演化序列中，d¹³C值在MIS6/7界面附近的显著正向漂移可能指示了洞穴上覆土壤侵蚀事件；末次冰期石笋d¹⁸O与d¹³C在千年尺度上呈负相关，即当全球气温下降时，C₃型植物丰度相对增加；而当全球气温增高时，C₄型植物相对丰度增加，d¹³C这种变化规律与目前普遍认可的东亚季风气候特征相矛盾，或许，在末次冰期时，东亚季风气候在响应全球气候事件过程中呈现一种独特的方式，当发生Heinrich事件时，东亚季风气候降水相对充沛，当D/O暖事件发生时，大气降水相对减少。

 

对于石笋年层厚度气候意义，作者也提出了新的认识：石笋年层厚度变化响应于百年尺度的洞穴古气温变化趋势，而与降水关系较为复杂。

 

最后，根据钙板、石笋的测年数据以及地层层序分析，作者重新认识了南京直立人的生存时代问题。研究表明I号头骨与II号头骨分布于不同层位，I号头骨的年龄至少老于500KaBP，而II号头骨的形成时代目前尚无法确切判别，但其年龄范围应该在529～239Ka之间。

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