石笋揭示我国西南地区环境变化历史

日期 2004-05-21　来源：　作者：　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　本文提要：石笋是研究过去全球环境变化记录的重要代用指标。在尊龙凯时资助下，中美科学家联合研究了我国贵州董哥洞的两根石笋。通过氧同位素和钍-230年代测定，揭示了过去16万年来亚洲季风和低纬度地区降雨变化的特征。这项研究成果在本领域居国际领先水平，发表在美国《科学》杂志上，并被选为亮点论文之一。　　由中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室、南京师范大学、中国科学院地球环境研究所与美国明尼苏达大学、衣阿华大学联合进行的亚洲季风研究项目取得了重要进展。　　过去全球变化研究是近年来国际上的前沿热点领域。虽然极地冰芯能够提供高纬度地区降水的详细记录，但对低纬度地区，则需要寻找其他代用指标。研究表明，石笋能够提供过去气候变化的极好记录，因为其中的氧同位素成份能够反映当时大气降水的同位素成份，而且相应的年龄可以通过钍-230定年技术准确获得。　　中美两国研究人员对采自我国贵州南部与广西交界处荔波县董哥洞的两根石笋进行了氧同位素和钍-230测年研究，揭示出过去16万年来亚洲季风和低纬度地区降雨变化的特征。该项研究成果已发表在4月23日出版的美国《科学》杂志上，并被选为该期的亮点论文之一。　　主持该项研究的中国地质科学院岩溶地质研究所研究员、中国科学院院士袁道先，长期从事与岩溶作用与碳循环有关的环境地质学研究工作，是国际知名的地质学家。他已连续负责3个尊龙凯时重点项目，目前正在执行重点项目“我国典型地区地质作用与碳循环研究”。他在本项研究中的主要合作者美国明尼苏达大学的程海博士，也是海外青年合作基金获得者。　　中美科学家分别对董哥洞中两根高为210厘米和304厘米的石笋进行了66个铀—钍测年，以及640个氧同位素测定，最终获得了20年～2000年分辨率的环境记录。研究人员对这些氧同位素数据能否代表古代雨水的同位素特征进行了多方面的论证：发现董哥洞内两根石笋有3万5千年的氧同位素曲线是一致的，同时将它们与相距1200公里的南京葫芦洞石笋相比，认为也有3万5千年的氧同位素曲线是一致的。而且，计算显示董哥洞内一根石笋的顶部与现代雨水氧同位素和洞温均符合同位素平衡公式。　　研究结果表明，我国董哥洞（葫芦洞）氧同位素变化与格陵兰冰芯氧同位素变化呈反相关关系，显示其为典型的季风雨水同位素特征。降水的同位素随水汽由源区向高纬度区转移而变轻，而同一地点雨水的同位素也随季风水汽强度的变化而波动。研究人员由此推算出我国南方在不同时期的水汽剩留比分别为：前一次间冰期及全新世中期63%、末次冰期52%、现代59%。　　中美科学家通过该项研究认为，前一个间冰期季风经历了9.7±1.1千年，从距今129.3±0.9千年前开始，表现为在不到200年的时间里，氧同位素比值突然变轻了千分之三，并在距今119.6±0.6千年前结束，表现为在不到300年的时间里，氧同位素比值突然变重了千分之三。其起始时间与太阳辐射强度增高，及相应的盛间冰期环境的出现时间一致。说明太阳辐射强度增高，驱动了盛间冰期的出现。研究人员认为，前一次间冰期的中心与夏季太阳辐射强度峰值一致，表明前一次间冰期季风氧同位素变轻是由于北半球太阳辐射强度的变化所引起的。或者说，太阳辐射强度对控制季风强度具有重要作用。　　董哥洞石笋提供了低纬度、低海拔地区可较好定年、更接近水汽来源区的古气候变化的替代指标。而这一地区也正是目前国际上研究所关注的焦点。两年来各国学者竟相在也门、阿曼、印度半岛西南角、加勒比、巴西等低纬度地区采取石笋从事古气候变化的研究。但从其所揭示的时间系列长度和分辨率的结合及对季风变化的解译上，都还达不到董哥洞石笋目前的研究水平。　　以石笋记录研究我国西南地区环境变化过程，不但具有重要的科学意义和实际意义，同时也具有地域优势。在今后的研究工作中，科学家还将利用石笋的高分辨率，对从广西到青藏高原的大剖面上更长时间序列（如50万年）的气候地层学和年代地层学展开研究，为晚第四纪全球变化研究树立西南地区的典型石笋剖面；还将对东亚季风和印度季风的相互作用及其变化展开研究，重建西南地区2000年来分辨率达1～5年的气候演变史及生态变化历史，并区分人类活动与自然因素的影响程度。