在末次间冰期（MIS7）到早期次间冰期（MIS6.5）期间，千年尺度上弱季风事件的规律性与形成机制

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Regular and mechanism of millennial scale weak monsoon events during the late MIS7 to early MIS6.5 period

中国南方石笋氧同位素记录揭示晚MIS 7.2至早MIS 6.5期间存在八次千年尺度亚洲夏季季风减弱事件，这些事件与南极温度变化通过极地 seesaw 机制强耦合，并可能由大西洋环流减弱引发。

　　

杨少华|陈世涛|王永进|赵斌|梁一佳|王振军|张振秋|王全|邵庆丰|卢雷|沈传洲

南京工业技术大学经济与管理学院，中国南京210023

摘要

在海洋同位素阶段（MIS）7.2至6.5期间，千年尺度的气候变化特征表现为全球冰量处于中等水平，但由于高分辨率古气候记录的有限，这一时期的气候变化仍知之甚少。本文提供了一组来自中国南部的石笋氧同位素（δ¹⁸O）数据，其年代精确到十年，时间跨度为204.3万年前至168.8万年前，涵盖了MIS 7.2晚期至MIS 6.5早期。在此期间，亚洲夏季季风（ASM）的强度紧密跟随6月21日30°N至30°S之间的太阳辐射梯度变化，但期间出现了八次明显的千年尺度弱季风事件（WMIs）。这些弱季风事件分别发生在约169万年前、172.4万年前、174.6万年前、178.7万年前、180.4万年前、190.8万年前、195万年前和203.4万年前，与其他高分辨率的中国洞穴沉积物记录高度吻合，表明即使在冰量中等的情况下，气候也表现出显著的不稳定性。值得注意的是，在我们的石笋样本中，282毫米深度处存在一个持续约3300年的明显间断期。这一间断期与其他洞穴记录中的主要弱季风事件完全吻合，可能是由于亚洲季风异常减弱导致石笋形成所需的降水量大幅减少所致。这些弱季风事件是由冰盖快速演变引起的冰漂碎屑（IRD）事件造成的。来自亚洲季风地区的石笋记录还揭示了南极温度波动通过双极跷跷板机制对亚洲夏季季风强度的显著影响，进一步强调了半球间太阳辐射梯度在驱动冰期/间冰期转换中的关键作用。我们初步提出，大西洋经向翻转环流（AMOC）的减缓——由淡水流入北大西洋触发——可能是MIS 7.2至6.5期间这些突发气候事件的主要驱动力。

引言

作为上一个冰期的显著特征，格陵兰冰芯记录中出现了二十五次快速的气候变化事件，称为Dansgaard-Oeschger（DO）事件（Dansgaard等人，1993年；Grootes等人，1993年；NorthGRIP项目成员，2004年；NEEM项目成员，2013年）。这些事件通常遵循一个明确的模式：寒冷的格陵兰冰期（GS）之后紧接着是5-16°C的突然升温，随后是温暖的格陵兰间冰期（GIS），之后又逐渐降温，最终重新进入下一个冰期（Landais等人，2015年）。这种独特的模式和类似的转变过程已在北半球和南半球的陆地、海洋及冰芯档案中被广泛发现（Wang等人，2001年；Chen等人，2016年；Genty等人，2003年；Deplazes等人，2013年）。例如，来自中国南部的石笋δ¹⁸O记录反映了亚洲夏季季风的强度，其变化模式与格陵兰的温度变化高度相似；强季风对应于GIS阶段，而弱季风对应于GS阶段（Wang等人，2001年；Wang等人，2008年；Chen等人，2016年；Duan等人，2016年）。在西欧，Villars洞穴的石笋δ¹³C记录与温度和降水量相关，记录了83万年前至32万年前发生的大多数DO事件（Genty等人，2003年）。此外，卡里亚科盆地和阿拉伯海的沉积物反射率记录（L^?）作为陆源物质与生物源物质的代理指标，也显示了与这些事件相对应的千年尺度波动（Deplazes等人，2013年）。DO事件的全球影响甚至延伸到了大气成分的同步变化（Landais等人，2007年；Chappellaz等人，2013年）。有趣的是，虽然南极冰芯中也出现了千年尺度的气候变化，但其变化趋势与格陵兰冰芯的变化相反（WAIS Divide项目成员，2015年）。本质上，这些千年尺度的气候振荡是上一个冰期的全球性现象。

多项跨越多个冰期的研究表明，类似的千年尺度变化也出现在之前的冰期（EPICA项目成员，2004年；Jouzel等人，2007年；Martrat等人，2007年；Lüthi等人，2008年；Wang等人，2008年；Cheng等人，2016年；Yang等人，2020年；Yang等人，2023年）。例如，过去80万年的高分辨率南极冰芯记录清晰地显示了这些千年尺度波动（EPICA项目成员，2004年；Jouzel等人，2007年；Lüthi等人，2008年），特别是在最近的冰期期间尤为明显（Jouzel等人，2007年；WAIS Divide项目成员，2015年）。此外，地中海、伊比利亚边缘、南太平洋和北大西洋的沉积物档案也一致记录了多个冰期内的千年尺度振荡（Martrat等人，2004年；Martrat等人，2007年；Oppo等人，2003年；Pahnke等人，2003年）。此外，由于冰盖崩塌和大量淡水注入北大西洋而形成的独特冰漂碎屑（IRD）层也被识别出来（McManus等人，1999年；Hemming，2004年；Anderson等人，2009年）。这些层与重大的全球气候变化（如上一个冰期的Younger Dryas（YD）和Heinrich事件（H）密切相关。来自中国南部的绝对年代测定高分辨率石笋钙质δ¹⁸O记录和再分析数据为过去64万年的亚洲夏季季风千年尺度变化提供了新的见解（Cheng等人，2016年；Zeng等人，2019年）。总体而言，这些记录表明千年尺度的气候变化是过去几个冰期地球气候演变的基本特征。

过去几十年中，来自黄土、海洋盆地和湖泊沉积物的地质代用指标重建了从轨道尺度到多年尺度的亚洲夏季季风（ASM）演变过程（Ding等人，1998年；Wang等人，2001年；Wang等人，2008年；Sun等人，2021年；Zhang等人，2022年；Clemens等人，2018年；Goldsmith等人，2017年）。然而，黄土和海洋盆地的代用指标在亚千年尺度气候动态的时空分辨率和年代不确定性方面存在局限（Sun等人，2021年；Zhang等人，2022年）。湖泊沉积物和树木年轮提供了亚千年到年度尺度的信息，但人类活动减少了ASM区域的长寿树木和未受干扰的湖泊（Goldsmith等人，2017年）。因此，高分辨率的大陆ASM记录对于解读过去的气候变化和预测未来气候变化至关重要。

喀斯特地区的洞穴沉积物保存了宝贵的古降水信息，是重建ASM的可靠依据，提供了重要的研究结果（Wang等人，2001年；Wang等人，2005年；Wang等人，2008年；Yuan等人，2004年；Zhang等人，2008年；Cheng等人，2009年；Cheng等人，2016年；Cheng等人，2018年）。利用来自中国南部的绝对年代测定高时间分辨率石笋δ¹⁸O记录，研究人员对过去64万年的ASM变化有了深刻的新认识（Cheng等人，2016年；Zeng等人，2019年）。虽然来自三宝洞（Wang等人，2008年）、羊口洞（Li等人，2014年）和金佛洞（Zhai等人，2025年）的石笋记录成功再现了上一个冰期-间冰期的ASM降水历史，但对于MIS 7至MIS 6.5期间的具体情况仍存在疑问。例如，羊口洞的记录由多个石笋拼接而成，缺乏从MIS 7.1到MIS 7.0的关键转变，且MIS 7.1的开始时间与三宝洞的记录不同（Wang等人，2008年）。关于千年尺度变化，新出现的记录为MIS 7与MIS 6.5之间的模式和机制提供了新的视角（Zhai等人，2025年）。然而，这一时期ASM与极地地区之间的精确关系和动态机制仍不清楚。因此，从这个地区获取更多精确年代测定、高分辨率的记录至关重要。

本文呈现了一组新的高分辨率、绝对年代测定的石笋记录，涵盖了MIS 7晚期至MIS 6.5早期。该记录使我们能够详细研究千年尺度ASM变化的复杂性，并探讨极地地区与ASM地区之间的关系。

章节片段

洞穴位置、区域气候和石笋样本

罗水洞（29°43′N，109°6′E，入口海拔975米）位于中国中部湖北省仙凤县（图1）。该地区冬季寒冷干燥，夏季温暖湿润，气候主要受ASM影响。洞穴所在地的年平均气温约为14°C，7月最高达到24.3°C，1月最低降至3.1°C。年降水量约为1470毫米，夏季（6月至8月）最多，冬季最少。

²³⁰Th测年

共收集了九个用于²³⁰Th测年的子样本，其位置在图2中清晰标示。这九个子样本的化学制备和仪器分析工作在台湾大学（NTU）地球科学系的高精度质谱与环境变化实验室以及南京师范大学（NNU）地理学院的洞穴沉积物同位素实验室完成，采用Shen等人（2002年）和Shao等人（2017年）建立的方法。

年代学结果

所有石笋子样本的²³⁰Th同位素和浓度结果见表1。铀的含量范围为1.5至4.2 ppm，钍的含量范围为241至4550 ppt。初始²³⁰Th年龄的校正值小于50年，远小于子样本的200-1320年的测年不确定性。所有²³⁰Th测年结果均按地层顺序排列。考虑到LS26石笋抛光表面282毫米深度处的生长间断（图2中的白色条带），

方解石δ¹⁸O信号的解释

通过使用直径为0.5毫米的钻头在表面钻孔，获取了三个粉末样本进行X射线衍射（XRD）分析（图2）。XRD结果表明LS26是一种纯方解石石笋，其形成过程是通过CO₂脱气而非蒸发（Yang等人，2020年）。同时，“Hendy测试”用于判断是否达到平衡分馏条件（Hendy，1971年），以确认δ¹⁸O作为

结论

来自中国南部的新高分辨率ASM记录揭示了从204.3万年前到168.8万年前的演变历史，大致对应于MIS 7.2至MIS 6.5早期。新记录支持了这样一个假设：在岁差时间尺度上，ASM的强度主要受30°N至30°S之间太阳辐射梯度的影响。新记录中识别出八次千年尺度的弱季风事件（WMIs），这些事件与亚洲季风地区的石笋记录高度吻合。WMIs的频繁发生

CRediT作者贡献声明

杨少华：撰写初稿、进行研究、争取资金。陈世涛：撰写初稿、争取资金。王永进：撰写、审稿与编辑、项目管理。赵斌：数据管理。梁一佳：撰写、审稿与监督。王振军：方法研究、数据分析、数据管理。张振秋：软件开发、数据分析、数据管理。王全：研究、数据分析、数据管理。邵庆丰：项目管理、数据管理。

未引用的参考文献

Cai等人，2010

DiNezio和Tierney，2013

Jiang等人，2012

Laskar等人，2004

Lea等人，2000

Petit等人，1999

Rousseau等人，2009

Wang等人，2022

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了江苏省自然科学基金（编号：BK20230707）和国家自然科学基金（编号：42072207和42202213）的支持。