8.2ka事件石笋记录与其他地质记录的对比分析

■聂旭东

（西南大学地理科学学院重庆400715）

8.2ka事件石笋记录与其他地质记录的对比分析

■聂旭东

（西南大学地理科学学院重庆400715）

统计了全新世早期气候突变事件—8.2 ka BP冷事件，并对其触发机制及区域气候响应做了较深入的分析。从各种气候记录的分布情况来看，全新世早期的这次冷事件是全球性气候事件，并非是一种局部气候变冷事件。8.4～8.0 ka BP期间的太阳辐射量减小或太阳活动减弱，也可能对全新世早期的这次冷事件有一定强化作用。由于西风带南移和季风环流减弱等原因的影响，使得这次冷事件区域气候响应有明显的不同。将石笋与其他地质记录进行了对比分析，在高分辨石笋的记录中对此次事件记录明显。

石笋记录 8.2ka 事件 气候突变 驱动机制

1　引言

8.2ka BP冷事件作为全新世以来最为显著的一次全球性急速降温事件，其起因与温盐环流密切相关，对该事件行为特征的深人研究，不但可为气候突变研究提供不可或缺的例证，而且可为气候模型的建立提供重要依据，同时对于未来温盐环流减弱和停滞可能导致的气候变化有着重要的指导意义。

但来自不同地域的8.2ka BP冷事件记录在发生年代、持续时间和发生强度等方面存在较大差异，由于8.2ka BP冷事件的持续时间十分短暂(<200a)，中心事件的持续时间则更短(<100a)，除来自冰芯外，高分辨率的洞穴石笋记录也较好的响应了该事件[1]。

该气候事件已在格陵兰、北大西洋、东欧、加勒比海等地区的相关沉积中得以证实[2～4]。

近年来，人们经常把亚洲季风区内获得的早全新世气候代用指标的异常与格陵兰“8.2ka BP事件”联系起来。通过对石笋记录与其他地质记录进行分析，获得了“8.2ka BP事件”较为详细的变化特征，本文对此做一简单论述。

对这些过去气候突变事件的重建可以使我们对未来的气候环境变化有更为准确的预测，从而为应对全球变化对人类生存环境的影响提供依据，过去几十年来，许多科学家分别利用深海沉积物、黄土、冰川、冰芯、湖泊沉积物、树轮、孢粉组合、洞穴石笋、珊瑚等载体来研究全新世气候与环境，取得了丰硕的成果。

在众多用于古气候重建的材料中洞穴沉积物越来越受到人们关注，主要是由于：

（1）分布范围广阔。

（2）定年精度高。

（3）古气候记录连续性好，时间跨度大。

（4）外界干扰因素小。

（5）代用指标丰富。

（6）采样成本较低。

（7）分辨率高。

正是由于以上的众多优势，石笋成为近十几年来最有价值的气候历史载体，受到研究者的高度关注[5]。

2　8.2ka BP气候突变事件研究进展

2.1格林兰8.2ka BP事件记录

对8.2 ka BP事件的重视始于格林兰冰芯记杂。在 GISP、Dye-3，North GRIP和GISP2等冰芯的氧同位素记录中，8.2 ka BP前后都出现了一个明显的峰值，其幅度相当于新仙女木事件氧同位素记录的一半。根据氧同位素转换所获得的温度降达6土2°C。此后，报据GISP2冰芯氮同位素的转换所获得的8.2 ka BP事件期间的温度异常为3.3±1.1°C。其它化学指标显示，伴随着温度的降低，格林兰地区的降雪量开始减少，同时风强开始增大。此外，冰芯中甲院含量的降低，指示热带植被可能开始减少[6]。

2.2欧洲8.2ka BP事件记录

在欧洲，8.2 ka BP前后有诸多沉积记录显示与8.2 ka BP气候异常事件相关。如挪威中南部湖泊和陆地沉积物记录在8.2 ka BP前后出现的异常曾被命名为Finse事件[7]。

Seierstadet[8]在挪威西部Grovabreen发现了一个持续百年的冷期，时间上与8.2 ka BP事件大致相吻合。来自挪威西部的Flatebreen地区的沉积物记录中显示，在8.3～8.2 ka BP间存在一个干冷期[9]。

之后，Nesje et al.[10]利用对挪威西部冰堰湖沉积中的有机质、磁悬浮物、颗粒尺寸和孢粉等的分析，解译了8.2 ka BP间的陆地气候的季节性变化。

Hald and Korsun[11]对挪威斯瓦尔巴德群岛北极峡湾沉积物的分析显示，在8.45 ka BP和8.20 ka BP时，底栖有孔虫氧同位素明显降低，认为其与Agassiz冰湖融解而导致的大量淡水注入北大西洋的事件相吻合。

英格兰东南部化石的古气候重建记录显示，在8.2ka BP期间，当地气温下降了1°C；英格兰南部的钙华及扇贝记录显在8.2ka BP前后存在一次持续时间极短的干冷事件。

Magny et al对来自法国东部Annecy湖泊沉积物的孢粉和水平面高度等分析显示，该地在8.2ka BP期间，气候转为冷湿。

Naughton et al利用法国西北大陆架岩芯记录，解译了当地气候自8850 a BP以来的轨道和次轨道尺度的气候变化，认为在8.39～ 8.06 ka BP期间科达属植物的突然减少，是对北大西洋8.2 ka BP冷事件的响应。

Blarquez et al.对法国境内阿尔卑斯地区古植物11.7 ka BP以来的高分辨记录中清晰显示了8.2ka BP事件。

2.3美洲8.2 ka BP事件记录

美洲的一些沉积物中也十分清晰地记录了8.2 ka BP事件。在美国东北的碳酸盐沉积物中发现氧同位素的改变达0.8‰。

在美国New Hampshire的White Mountains湖泊沉积物中发现了与Nova Scotia类似的8.2 ka BP气候突变记录。

美国的Massachusetts的湖泊沉积物的孢粉记录中显示山一个伴随湖面上升的百年冷期。

美国Virginia的Browns Pond沉积物记录显示，在8.2 ka BP期间的确存在冷期。

此外，气候的明显异常在Minnesota的Elk湖区、Clearwater County的Deep湖的沉积物中亦有记录(同位素变轻2‰)。

在南美洲亦存在8.2 ka BP事件的记录。比如来自南美洲北部委内瑞拉的Cariaco盆地灰度指标在8.2 ka BP间突然降低，指示气候突然变干，同时风力增强，此气候异常也是该记录中全新世以来变化幅度最大的一次气候突变。

虽然该记录的年代分辨率有限，但其所记录的异常比其它北热带区域都要显著。

Cheng et al.在对来自巴西东部的Padre和PaixSo洞石笋精确定年基础上所进行的氧同位素分析显示，在8212～8086 a BP期间，石笋氧同位素值明显降低，并呈现出双谷结果，与北半球石笋同期氧同位素的突变趋势相反，指示南美夏季风(SASM)强度的明显加强。此外，来自哥伦比亚的孢粉记录和墨西哥的藻类记录中也反映了8.2 ka BP期间气候的趋干。

2.4非洲8.2 ka BP事件记录

非洲在8.5～7.8 ka BP之间的湖泊水位的降低，及其它湖泊沉积物指标所指示的干期，很可能均为响应8.2 ka BP事件的表现。在湖泊记录中能明显反映气候趋势的包括维多利亚湖、Turkaim湖、Tanganyika湖和Malawi湖等。在Tigalmamine湖和SebkhaMellala湖中也发现了类似的记录[12-15]。

2.5亚洲8.2 ka BP事件记录

来自中国的关于8.2 ka BP事件的记录主要来自于湖泊、冰芯、洞穴、泥炭沉积物。在已报道的洞穴石笋的记录中，清晰记录了8.2 ka BP事件的是贵州董哥洞石笋[16]和湖北清江和尚洞石笋[17]，它们的氧同位素值在8.2 ka BP期间明显偏正，说明东亚季风在此期间显著减弱。

同样，山西莲花洞石笋记录也清晰的捕捉到了“8.2ka事件”，其主要发生在 8260—8080a BP.(年龄误差为±100a)，振幅约1.7‰。与湖北和尚洞相比，莲花洞地理位置更靠北，纬度更高，但两个单点δ18O记录对“8.2ka事件”的响应却呈现出较高的一致性，这进一步证实了两地石笋时标的重建是较为准确的。

除中国之外，亚洲其它地区亦存在8.2 ka BP事件记录。

一支来自于阿曼陆地边缘的海洋沉积物的喜冷有孔虫记录(指示亚洲季风强度)显示，在8.2 ka BP期间，亚洲季风强度在短期内突然变弱[18]。

另一支来自阿拉伯海的沉积物记录显示，印度河的水量在8.4 ka BP时突然变少，与8.2 ka BP事件初期的气候偏干相吻合。

也门一支石笋的氧同位素记录显示，亚洲夏季风变弱的时期与格林兰冰芯记录中的8.2 ka BP事件发生年代一致。

在南亚也发现了相关记录，来自印度尼西亚珊瑚的氧同位素及Sr/Ca比值显示，在8.0ka BP前后出现一次了约3℃的显著降温。

3　“8.2 ka BP冷事件”的突变机制

Struiver[18]根据大气中14C产生速率的变化，发现9.6 ka BP以来太阳活动存在许多极小期，其中8.4～7.8 ka BP时期是全新世4个太阳活动极小期相对集中的时期之一。

最近，Perry et al.根据简单的太阳辐射模型计算了近90 ka BP以来太阳辐射变化，结果表明8.4～8.0 ka BP时期太阳辐射相对较弱。

因此弱的太阳活动或弱的太阳辐射可能是产生8.2 ka BP时北半球乃至全球尺度气候环境事件的主要外在因素。

大量的研究表明，全球气候环境突变与温盐环流(THC)变化密切相关，也成为了目前解释气候突变事件最主要的机制。当北大西洋北部及北海因融冰形成过量的淡水时，由于盐度减小而影响了表层水的下沉与北大西洋深水NADW的形成速率，温盐环流就变成了单泵或无泵模式，使THC减弱或甚至关闭。

冬季形成的海冰可以在一年的大部分时间里存在，这可以反射太阳的热量，导致相邻陆地凉爽的夏季和较冷的冬季，由于此时大气是来自寒冷的海冰表面而不是温暖的湾流水团，使欧洲和西西伯利亚的气候变得寒冷和干燥。

应用全球海-气耦合模型对于北大西洋温盐环流对淡水注入的敏感性研究表明，研究表明，全新世早期残存于北美哈德逊湾的劳伦冰盖形成的Agassiz和Ojibway阻塞湖，在大约8.47 ka BP时突然排泄，将大约2×1014m3的淡水通过哈德逊海峡注入到Labrador 海(该海域是NADW形成的三大区域之一)，破坏了这一区域深层海水的形成。

这一突发事件目前被认为是造成8.4～8.0 ka BP时期北大西洋地区突然降温的原因，也解释了为什么北大西洋及北欧地区对气候突变事件的反映最为强烈。

一些研究结果还表明，北大西洋环流的变化除了对北大西洋和周围的气候产生相对直接的影响外，还会通过大气圈内部动力过程对全球的气候产生敏感的影响。

4　洞穴石笋δ18O蕴含的古气候意义

洞穴滴水中的δ18O值主要反映降水的δ18O值，而大气降水δ18O值随季节和空间的变化主要受以下几种效应的影响：水汽源地同位素组成的变化、雨量效应、蒸发效应、冬/夏季风降水量比值以及大气环流系统的变化。

当石笋δ18O用于解释气候变化时很重要的一点，即在洞穴石笋碳酸钙沉积过程中必须和母液之间保持同位素平衡分馏。

hompson et al(1976)通过分析现代洞穴碳酸钙与地下水的氧同位素，指出同位素平衡条件在洞穴中是存在的。

温度会影响降水中同位素分馏和石笋碳酸钙沉积中的同位素分馏，温度越高，更多含重同位素的水汽(H2O18)凝结降水，使得降水中同位素偏正；但是，温度也会影响同位素在母液和石笋碳酸钙之间的同位素分馏，温度越低使得石笋碳酸钙δ18O越偏正。

但是，Frank(2004)认为Rozanski的这一估算缺少普遍性的证据，在不同研究区可能有不同的值，况且这种模式不一定适用于历史时期的气候变化。

2004年Kathleen and Lynn Ingram(2004)对中国不同地区现代降水的δ18O变化特征做了一个总结，研究站点的降水δ18Op的变化都和夏季风强度紧密相关。

与此同时，对降水δ18O的影响在降雨量方面较温度方面表现的更明显，所以，在夏季有更偏负的δ18Op。

5　问题与展望

尽管石笋古气候研究已经取得了引人瞩目的成果，但目前的研究还存在很多需要解决的问题：

（1）石笋的生长机理。到底在什么样的气候背景下有利于石笋的生长，暖湿还是凉湿，或者只与岩溶系统有关，不同的区域石笋生长有何特征。这些都是重建古气候变化的重要因素。

（2）古气候的代用指标。目前石笋的古气候代用指标除了氧同位素具有全球可对比性外，其它代用指标都很大程度受到局域气候或洞穴系统的影响，不利于对比研究。即使是氧同位素，其气候的指代意义也一直没能量化，因此还需要进一步的对比研究予以讨论。今后的研究中，应继续完善不同时间尺度的古气候记录，尤其是在不同的气候区域，建立可对比的气候变化曲线，从而探讨气候变化的驱动机制。同时，应该加强各指标的综合分析，结合历史资料和现代观测资料，重点解决石笋古气候代用指标的指代意义，从而达到定量重建古气候变化历史。

[1]刘浴辉，胡超涌，谢树成.8.2kaBP冷事件在长江中游洞穴石笋中的高分辨率记录 [J].矿物岩石地球化学通报,2012,28(21):101-102

[2]Alley R B，Mayewski P A,Sowers T et al.Holocene climate instability：A prominent，widespread event 8200yr ago[J].Geology，1997，25(6)：483—486

[3]Rohling E J.Pttlike H.Centennial—scale climate cooling with a sudden cold event around 8,200 years ago[J].Nature,2005,434(21)：975—979

[4]Thomas E R,Wolff E W,Mulvaney R et a1.The 8.2ka event from Greenland ice cores [J].Quaternary Science Reviews，2007，26(I～2)：70～81

[5]王建力,袁道先,李廷勇等.气候变化的岩溶记录.北京:科学出版社.2009.

P62[文献码]B

1000-405X（2016）-7-129-3