河清盆地湖泊沉积序列中的不同磁化强度组分及其与过去5.2万年来千年尺度印度夏季季风变化之间的关联

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Different coercivity magnetic components in a lacustrine sequence from Heqing Basin and its linkage with millennial Indian summer monsoon variability since 52?ka

基于Heqing Basin 52万年湖相沉积物磁学分析，发现高/低矫顽力分量比（C/A）揭示六个季风减弱期与北大西洋Heinrich事件及末次冰期对峙期（YD）对应，30-20万年前季风呈现先升后降特征，与印度洋海表温度升高一致，表明季风变化受高纬与低纬气候共同驱动。

　　

侯丽荣|徐新文|强晓科|王琼琼|赵慧|傅朝峰|刘国辉|王胜辉

中国西北大学地球表面系统与环境承载能力重点实验室，西安710127

摘要

千年尺度印度夏季季风（ISM）变化的驱动机制对于理解全球气候系统至关重要。以往的研究主要集中在末次冰盛期（LGM）到全新世的气候变化上，而在第四纪晚期的长时间尺度上，具有准确年代记录的资料非常有限。大量研究表明，中国西南部的湖泊沉积物是记录ISM变化的优秀陆地指标。本文对何青盆地过去52千年的湖泊沉积物进行了岩石磁学测量和矫顽力谱分析。等温剩磁（IRM）解混分析识别出三种不同矫顽力的成分：低矫顽力成分（A）、中矫顽力成分（B）和高矫顽力成分（C）。高矫顽力成分与低矫顽力成分的比值（C/A）揭示了六个ISM减弱期（分别为44–43千年、37–36.5千年、30–29千年、23–22千年、16–14.5千年和13–11.9千年），这些时期与北大西洋的海因里希阶（HS5–HS1）和年轻干期（YD）相对应。在30–29千年期间，ISM表现出“先增强后减弱”的趋势，这一趋势与NGRIP δ¹⁸O记录不同，但与热带印度洋海表温度（SST）的升高一致。我们的结果表明，千年尺度的ISM减弱并非仅由北半球高纬度温度驱动，还受到低纬度SST变化的影响。

引言

印度夏季季风（ISM）是全球季风系统的重要组成部分，它在调节南亚和东南亚地区的水分输送和降水模式方面起着关键作用。在当前全球变暖的背景下，快速的千年尺度变化加剧了ISM的异常波动，从而放大了气候系统的不稳定性，并对区域生态系统稳定性和社会经济发展产生了深远影响（Clemens和Prell，2003；An等人，2011；Mohtadi等人，2016；Mishra等人，2019；Jha等人，2020）。因此，系统研究ISM的千年尺度变化对于阐明当前气候不稳定性的机制及其未来趋势至关重要（Gebregiorgis等人，2018；Weldeab等人，2022；Patterson等人，2023）。

在过去二十年里，各种地质档案被用于研究ISM的动态，包括洞穴沉积物（Cai等人，2015；Liu等人，2020；Patterson等人，2023）、湖泊和湿地沉积物（An等人，2011；Ning等人，2024；Zhang等人，2023b；Xu等人，2024）以及海洋沉积物（Clemens和Prell，2003；Lauterbach等人，2020；Clemens等人，2021；Wang等人，2022；Zhou等人，2024）。来自印度切拉普恩吉洞穴（Dong等人，2022）和中国西南部小白龙洞穴（Cai等人，2015；Dong等人，2022）的δ¹⁸O记录显示的季风减弱期与格陵兰冰芯的寒冷阶段密切相关。这些证据表明，千年尺度的ISM变化与北大西洋气候的变异性密切相关。然而，区域比较显示季风行为存在显著的空间异质性。中全新世（5–4千年）的腾冲青海湖沉积记录将水文气候变化与热带西印度洋海表温度（SST）的变化联系起来（Zhang等人，2017）。同时，永兴洞穴的洞穴沉积物δ¹⁸O变化遵循南极“梯形”温度模式，而非NGRIP δ¹⁸O的变化，表明南半球气候通过大气环流影响了热带季风（Chen等人，2016），并且ISM的变动不仅受北半球夏季太阳辐射的影响（Wu等人，2023），还受到其他多种因素的影响，如半球间热带太阳辐射差异（Zhang等人，2023b；Liang等人，2024）、大气温室气体浓度和冰量（McGrath等人，2021）、海洋环流（Hong等人，2019）、南半球温度（An等人，2011）、印度洋温度（Wang等人，2022）、海平面波动（Patterson等人，2023）以及局部地形（Zhang等人，2023b）。这些因素导致了多样的代理指标响应，突显了季风系统的复杂性。

年代学和代理指标响应的差异使得区域间的季风变化比较变得复杂（Wang等人，2022；Liang等人，2024）。要理解千年尺度ISM演变的驱动机制，需要高分辨率的记录。然而，大多数超出末次冰盛期的长期高分辨率档案都是海洋沉积物，而陆地记录非常稀缺。此外，洞穴沉积物δ¹⁸O值可能受到多种因素的影响，如水分来源、传输路径和降雨量，从而导致解释的不确定性（Li等人，2019；Liang等人，2020）。因此，使用不同的代理指标进行交叉验证是必要的（Zhang等人，2019；Zhao等人，2021；Ning等人，2024；Xu等人，2024）。

中国西南部的何青盆地位于ISM的核心区域。连续的湖泊沉积序列是研究季风演变的理想档案（An等人，2011）。通过使用矫顽力谱解混方法，我们获得了不同磁性成分的半定量变化。我们利用高矫顽力成分与低矫顽力成分的比值（C/A）重建了过去52千年的ISM变化。结果显示，与ISM强度密切相关的C/A比值对海因里希阶（HSs）的响应更为明显。

研究地点

何青盆地（北纬26°27′–26°46′，东经100°08′–100°17′）位于青藏高原的东南边缘，是一个典型的构造断层盆地，周围环绕着海拔超过2500米的山脉。该研究区域属于西南季风区，夏季受孟加拉湾温暖湿润气流的影响，冬季则受西风带控制。当地年平均降水量约为900–1000毫米。

材料与方法

PT2钻芯取自何青盆地当前沉积中心的彭屯村（图1）。PT2钻芯的总校准深度为33.9米，取芯率为92%。沉积岩主要为灰棕色和灰黄色的钙质粘土及粉砂粘土，夹杂着薄层的粉砂和细沙。本研究重点分析上部11.4米的岩芯。

PT2钻芯的年代结果

对PT2钻芯中的四个样本进行AMS ¹⁴C测年，得到的校准年龄分别为17.24千年（3.13米）、23.92千年（4.78米）、31.30千年（7.12米）和39.55千年（9.32米）。根据0.22–11.4米区间的磁层序研究，识别出两次明显的极性反转（Xu等人，2024）。将这些磁层序结果与同一盆地内的HQ2002钻芯结果进行比较（Xu等人，2022），可以确定这两次极性反转与Mono Lake的相关性。

不同矫顽力成分的磁性质及其古环境意义

通过对样本的一阶反转曲线（FORC）图和χ-T加热曲线进行分析，来表征各成分的磁性质。在A成分浓度较高的样本中（图6d），χ-T加热曲线在约580℃时出现快速下降，表明磁铁矿是主要磁性矿物（Shen等人，2020）。在FORC图中，中心矫顽力约为20 mT的封闭等值线表明为单畴（SD）磁铁矿（Qiang等人）

结论

基于岩石磁学实验和矫顽力谱分析，我们开发了一种基于高矫顽力成分与低矫顽力成分比值（C/A）的代理指标。C/A比值重建了过去52–9千年ISM的演变过程，并成功识别出六个与北大西洋海因里希阶（HS5–HS1）和年轻干期（YD）相对应的季风减弱期。值得注意的是，HS4（37–36.5千年）期间显示出明显的减弱信号，这一现象在多个区域记录中均得到验证。

CRediT作者贡献声明

侯丽荣：撰写初稿、数据可视化、正式分析、数据管理。徐新文：撰写、审稿与编辑、项目管理、方法学研究、资金筹集。强晓科：监督、项目管理、资金筹集。王琼琼：数据可视化、调查、正式分析。赵慧：监督、调查。傅朝峰：监督、资源协调。刘国辉：数据可视化。王胜辉：数据可视化。

未引用参考文献

Henry等人，2016a

Henry等人，2016b

利益冲突声明

徐新文报告称本研究得到了中国国家自然科学基金的支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（资助编号：[42172203、41402151]和黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金（资助编号：[SKLLQG2009]的支持。如需获取本文中的数据，可联系通讯作者（[e-mail]）。