冰消期氣候變化特征與海陸變遷對降水同位素組成關聯

　　山東半島是一個人口稠密區，也是中國傳統農業生產區。季風降水對于該區域農業生產和經濟社會的發展至關重要。目前，與山東毗鄰的渤海和黃海海域水深不足100米，冰期-間冰期全球冰蓋的擴張與消融導致全球海平面的升降幅度能夠超過120米，這會引起山東半島的海岸線發生巨大的遷移。海岸線遷移造成的海陸格局的變化，能夠顯著改變區域下墊面狀況、粉塵輸出、季風降水及降水的氧同位素組成等，使其成為研究區域與全球環境變化聯系的關鍵區域。因此，在這一地區開展冰期-間冰期尺度降水及其同位素組成變化的研究，認識區域降水及其同位素組成變化的歷史并理解其演變機制，不僅有助于深刻認識區域與全球環境變化的動力聯系，而且可提高我們估測并適應未來全球變化的能力。

　　最近，中國科學院地球環境研究所蔡演軍研究員團隊聯合國內外同行，對山東上小峰洞一根涵蓋倒數第二次冰消期的石筍（SD1）進行鈾系測年和碳氧同位素組成分析。研究發現在倒數第二次冰消期內部，存在一個持續時間約400年的弱季風事件，類似于末次冰消期的新仙女木事件（Younger Dryas, YD）。這與倒數第二次冰消期類YD事件在北半球其他記錄中的發現一樣，表明這一弱季風/冷事件可能在北半球范圍內是廣泛存在的，也暗示了類YD事件可能是冰期終止期氣候變化的一個內在特征，與北大西洋的氣候突變有著緊密的聯系。

　　不僅如此，研究人員還發現上小峰洞石筍δ18O平均值在冰期和間冰期的差異僅為0.7‰，遠小于中國南方的洞穴石筍記錄。例如，這一差異在羊口洞約為1.4‰，董哥洞約為2.2‰，三寶洞約為2.4‰。據此，他們提出在冰期-間冰期尺度上，大陸冰蓋的消融退縮和累積擴張能夠引起顯著的海平面變化和中國東部海岸線的巨大變遷，使得大洋水汽源與山東半島距離的巨大變化是導致這一差異的主要原因。例如，冰期時，海平面比現在低約120米，渤海、黃海以及大部分的東海都將出露成為陸地，研究洞穴到海洋的距離將從當前的約100公里增加到盛冰期的超過800公里。這使得研究洞穴與大洋的距離急劇增加，大洋水汽的長距離傳輸與冷凝分餾可造成研究洞穴區域水汽貧缺18O與降水δ18O的顯著偏負，也就是“大陸效應”顯著增強，進而導致冰期-間冰期降水δ18O值差異減小。同時，海陸格局的變化也使得區域大氣環流發生變化，導致不同水汽來源的貢獻不同，也可能導致這一顯著的差異。該項研究也為中國東部沿海地區石筍氧同位素記錄的解譯提供了新的視角和認識。

　　該成果受國家重點研發計劃“亞洲季風變異及突變事件”（2017YFA0603401）、“中國科學院戰略性先導科技專項預研項目”(XDPB05)的資助，文章發表于國際第四紀科學研究的知名期刊Quaternary Science Reviews上（Xue, G., Cai, Y., Ma, L. et al. A new speleothem record of the penultimate deglacial: Insights into spatial variability and centennial scale instabilities of East Asian monsoon 2019, 210: 113-124）。

圖1. 山東上小峰洞倒數第二次冰消期石筍氧同位素記錄（紅色）與其他地質記錄的對比，顯示出明顯的類YD事件（黃色條帶）

圖2. 上小峰洞石筍δ18O平均值在冰期和間冰期的差值與中國其他洞穴對比；（A）上小峰洞；（B）董哥洞；（C）三寶洞；（D）羊口洞