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随着人类社会对气候问题,尤其是气候突变的日益关注,如何能有效地预测未来气候的变化成为科学家们努力的方向。器测气候记录的短暂迫使科学家们必须利用古气候记录寻找气候变化规律。而全新世以来的气候突变记录,因与人类社会关联最为密切,已成为古气候研究的重要课题,而4.2kaB.P.事件,因其发生于新石器文明的衰落期,与人类社会的转折密切相关而成为一个研究焦点。
本文通过对近年来发表的全新世高分辨率古气候记录,如湖泊、泥炭、石笋及其它古气候地质载体记录,对4.2kaB.P.气候突变事件在中国的表现进行了分析,认为该气候事件在中国普遍表现为干旱,伴随部分地区的降温,体现了东亚地区对全球4.2kaB.P.气候事件的响应。但是,4.2kaB.P.事件仍存在诸多疑问,其具体的行为特征亦存在争议,比如各记录在起止时间和持续时间上存在差异,气候动荡的幅度亦不相同,对这一事件产生原因更是了解甚少。之所以存在这些疑问,主要是因为已有记录的分辨率较低,定年存在不确定性,且不同代用指标的解译存在差异。
在众多古气候记录载体中,石笋以其定年准确、时间跨度大、记录较为连续完整、指标具有可比性、分布广泛等优势,在古气候学领域发挥出了重要作用。其丰富的气候代用指标,如稳定同位素、石笋微层厚度、灰度、微量元素等,均可灵敏响应外界气候因子的变化。
本文通过对长江中游地区湖北清江流域和尚洞HS-4石笋微层厚度、灰度、Ba/Ca、Mg/Ca、Sr/Ca、P/Ca的年及年内分辨率分析,诠释了4.2kaB.P.气候事件在长江中游地区的表现及其突变行为特征(如持续时间、气候突变速率及幅度等)。通过比对来自其它地域的4.2kaB.P.事件记录,为4.2kaB.P.气候突变事件在东亚季风区的响应提供了证据。同时结合当地考古资料,对4.2kaB.P.事件可能对长江中游新地区石器文化——石家河文化在鼎盛期时突然衰落所产生的影响进行了分析。
研究发现:(1)4.2kaB.P.期间,HS-4石笋微层厚度与δ18O在趋势上呈现负相关性,石笋厚度值低(生长速率低)时对应同期δ18O值偏正,指示气候干旱。干旱期时洞穴供水的减少应是HS-4石笋生长速率降低的主要原因。(2)4.2kaB.P.期间,10a际尺度上微层厚度与石笋灰度值趋势上出现正相关性,石笋厚度值低时,对应灰度值低(色泽深),指示其主控因素可能与厚度相同亦为降水。虽然4.2kaB.P.事件入事件时在灰度曲线上表现并不明显,但是在出事件时表现明显。(3)4.2kaB.P.事件期间,HS-4石笋微层厚度与Mg/Ca、Sr/Ca、Ba/Ca在趋势上呈现负相关,而Ba/Ca、Mg/Ca、Sr/Ca相互之间则呈现出良好的正相关,相互间的相关系数(R2)均大于0.5,而P/Ca与Mg/Ca、Ba/Ca和Sr/Ca之间则无明显相关,说明影响Ba/Ca、Mg/Ca、Sr/Ca的主控因素相同(均主控于降水),而影响P/Ca的因素则较为复杂。降水少时,石笋生长缓慢,Ba/Ca、Mg/Ca、Sr/Ca比值较高,其原因可能是在气候干旱时,洞穴项部和表层围岩方解石先期沉淀加强;同时洞穴滴水滴速降低使CO2脱气作用加强,更有利于石笋表而方解石的沉淀。与其它指标相比,P/Ca比值在4.2kaB.P.事件入事件时与其它指标同步,比值呈现出显著降低,但出事件的时间则略显滞后。在事件发生的前、后阶段,Ba/Ca、Mg/Ca、Sr/Ca均表现出明显的年循环,呈现出明显的季节性变化。而在事件发生期间,Ba/Ca、Mg/Ca和Sr/Ca的年循环则不明显,季节性减弱。P/Ca的季节性在事件发生期间及发生前后则无显著性变化。(4)HS-4石笋多指标综合分析结果显示,在长江中下游地区,4.2kaB.P.事件期间,随着东亚夏季风强度的减弱,气候表现为震荡加剧,降水减少,气候干旱。该气候事件的整体时间跨度为220±8a(4.44~4.22kaB.P.),入、出事件的突变时间分别为7±3a和5±2a。整个事件的变化表现为双峰(谷)结构,即在事件期间存在两次极度干旱期,中间间隔为150±3a。(5)长江中游4.2kaB.P.事件与中国和全球其它地区的4.2kaB.P.事件同步,体现了东亚季风区4.2kaB.P.事件记录与其它地区记录间的遥相关。(6)长江中游地区新石器文明——石家河文化衰落的诱因,可能与4.2kaB.P.时的气候异常相关。长时间的气候干旱,极大恶化了当时人类赖以生存的环境,可能是导致长江中游新石器文明的衰落的主要原因。
本文的创新之处在于:(1)提供了来自长江中游地区的年及年内分辨率的4.2kaB.P.事件记录,迄今国内内尚无年分辨率的4.2kaB.P.事件记录。(2)获得了该事件在东亚季风区气候突变幅度、速率及精确的持续时间等细节特征。(3)利用气候突变事件在地质载体中的高分辨率记录,尝试解译了古文明衰落的可能原因。