《Global and Planetary Change》：Speleothem multi-proxy inferred hydroclimate variability during the 2.8?ka event and its influence on human activities in southeastern China
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张小梅|张海伟|辛哈·阿希什|王淼淼|王健|李月儿|潘梁康|张瑞|宁友锋|贾学学|宗宝云|程海
中国西安交通大学全球环境变化研究所，西安710049
摘要
2.8千年前这一事件是一个显著且广泛存在的气候异常现象，特别是在亚洲地区表现尤为明显，且与东亚夏季季风（EASM）的大规
张小梅|张海伟|辛哈·阿希什|王淼淼|王健|李月儿|潘梁康|张瑞|宁友锋|贾学学|宗宝云|程海
中国西安交通大学全球环境变化研究所，西安710049
摘要
2.8千年前这一事件是一个显著且广泛存在的气候异常现象，特别是在亚洲地区表现尤为明显，且与东亚夏季季风（EASM）的大规模重组有关。然而，由于中国东南部缺乏高分辨率的水文气候记录（该地区东亚夏季季风与春季持续性降水重叠），无法准确理解该地区对这一事件的气候响应。在这里，我们提供了来自中国东南部江西省神农洞的高分辨率、年代明确的洞穴沉积物记录（SN33），时间跨度为3160年至2590年前，完全覆盖了2.8千年前这一事件。石笋中的δ18O记录被解读为东亚夏季季风环流的指标，显示在2.8千年前这个时间段内存在一个多世纪的正面偏差，并呈现出明显的两阶段结构，表明季风力量显著减弱。相比之下，同一石笋中的δ13C、X/Ca和初始δ234U记录被解读为当地水文气候的指标，表明在这段时间内中国东南部逐渐变得更加湿润。将SN33多指标记录与东亚夏季季风区域的其他代理记录进行比较后发现，2.8千年前这一事件期间的降水响应在空间上存在很大异质性：中国东南部相对湿润，而整个东亚夏季季风区域大部分地区则出现了广泛干燥。我们的结果进一步支持这样的观点：2.8千年前这一事件可能是高纬度因素与东亚夏季季风环流减弱的共同作用结果，而太阳活动的变化和海洋-大气内部的变率可能调节了水文气候异常的幅度和空间表现。SN33中δ13C和X/Ca记录的第一主成分显示，在3160年至2590年前这一时期，极端湿润和干燥交替出现，这与吴城文化和宛遗文化的转变大致吻合，表明水文气候的变化可能是塑造这些文化轨迹的重要因素。
引言
东亚夏季季风（EASM）强烈控制着区域的降水模式，在季风地区的农业生产与人类居住模式中发挥着关键作用。中国东南部位于东亚夏季季风降雨带的关键过渡地带（张等人，2021b），该地区具有明显的降水季节性特征，春季持续性降水（SPR）占年降水的约40%（万和吴，2009）。因此，该地区对东亚夏季季风期和非夏季季风期（NSM，10月至次年4月）的降水变化极为敏感（张等人，2018b），使其成为研究东亚夏季季风变化及其对突发气候事件响应的重要区域。
2.8千年前这一事件是公元前第一个千年末期一个显著的多世纪气候异常事件（大约公元前850年）。这一事件与邦德事件II密切相关，这一点通过北大西洋深海沉积物中的碎屑浓度记录得到了证实（邦德等人，1997）。多项研究表明，在这一时期，10Be和14C等太阳辐射指标的浓度显著升高，表明异常的太阳活动可能是这一气候事件的关键诱因（邦德等人，2001；邦德等人，1997；辛哈等人，2018）。从七份高分辨率石笋δ18O记录中提取的第一主成分（PC1）所定义的综合洞穴沉积物δ18O记录进一步将2.8千年前这一突发气候事件与格陵兰岛的降温以及同期太阳辐射的下降联系起来（金等人，2023）。此外，内部气候动态，如热带辐合带（ITCZ）向南迁移和厄尔尼诺事件频率的增加，也被认为在这一事件的调节中起到了关键作用（谭等人，2020；陈等人，2021b）。尽管目前东亚夏季季风区域内关于2.8千年前这一事件的洞穴沉积物记录相对丰富，但这一事件在中国东南部的气候表现及其对东亚夏季季风系统的影响机制仍不明确。这凸显了需要从关键的季风敏感区域获取更多高分辨率、精确年代测定的记录，以更好地确定事件的时间序列并澄清其驱动机制。
西周中晚期发生了重大的社会变革，气候异常时期和重要的王朝更迭点主要集中在2850年至2730年前之间，这一点在《竹书纪年》、《史记·周本纪》、《通鉴外纪》、《国语·周语上》和《帝王史记》等古代文献中有所记载。研究表明，在这一时期，中国中部和北部地区普遍经历了相对干燥和寒冷的气候条件（蔡等人，2010；蔡等人，2019；董斯等人，2015）。先前的研究还表明，西周晚期的不利气候背景可能是新田文化和四洼文化等文化中断的潜在诱因（杨和刘，1997；王，2018）。然而，作为商代和周代中国最繁荣的青铜时代文化中心之一，江西省仍缺乏系统的高分辨率研究来考察3160年至2590年前的水文气候变化及其对青铜时代文化（包括吴城文化和宛遗文化）的潜在影响（刘，1993；龙等人，1992；徐，1987；徐等人，2016）。
古季风变率可以通过多种地质档案重建，包括泥炭沉积物、湖泊沉积物、花粉记录和石笋（安等人，2012；程等人，2016；程等人，2019；段等人，2022；徐等人，2021）。在这些档案中，石笋因其能够提供精确的U-Th年代测定和高分辨率的多指标记录（包括δ18O、δ13C、元素比值及年层）而成为古气候研究中的特别有价值的材料（程等人，2016；程等人，2019）。在中国东南部，2.8千年前这一事件之前已经通过湖泊沉积物和泥炭记录进行了研究。这些记录通常表明在2800年前左右水文气候条件相对湿润（米施克和张，2010；孙等人，2020；安等人，2012）。然而，许多湖泊沉积物和泥炭记录的时间分辨率较低，年代不确定性较大，难以清晰解析2.8千年前这一事件的内部结构，更不用说精确确定其持续时间了。相比之下，来自神农洞的SN33石笋记录具有较高的时间分辨率、精确的U-Th年代测定以及多个代理指标，不仅捕捉到了2.8千年前中国东南部的整体水文气候趋势，还使我们能够更好地解析这一事件的内部结构和动态演变。
神农洞位于中国东南部江西省中北部的宛遗县。该县是宛遗文化遗迹的发现地。在这项研究中，我们利用神农洞的SN33石笋记录来重建2.8千年前这一事件期间的当地水文气候变化。通过整合其他古气候代理记录进行对比，我们进一步评估了这一事件的可能驱动机制、其在东亚夏季季风区域的空间降水模式以及其对江西省文化发展的潜在影响。
章节片段
研究区域、样本和分析方法
神农洞（28°42′N，117°15′E；海拔383米）位于中国东南部的江西省东北部，处于长江中下游地区（图1a），处于东亚夏季季风区域的前沿，梅雨气候对区域水文变率具有重要影响。研究区域包括两个雨季：夏季季风雨和春季持续性降水（SPR）。后者是一种独特的天气和气候现象，发生在3月至5月中旬，主要出现在...
230Th测年及年龄模型
共获得了14个高精度的230Th年龄数据，年龄不确定性（±2σ）范围为13至63年。石笋SN33的铀和钍浓度以及230Th测年结果汇总在表1中。铀浓度相对较高，变化范围较大（765–6388 ng/g），而钍浓度较低（105–2649 pg/g）。使用StalAge模型（Scholz和Hoffmann，2011）构建了SN33的年龄-深度模型（图2b）。结果...
2.8千年前东亚夏季季风石笋记录的比较
在轨道时间尺度、千年时间尺度甚至多世纪时间尺度上，东亚夏季季风区域洞穴沉积物δ18O记录的一致变化通常被解读为东亚夏季季风强度或大尺度大气环流的指标。δ18O的正向偏差通常反映东亚夏季季风的减弱或季风环流的减弱，而负向偏差则表明东亚夏季季风的增强或环流的加强（程等人，2016；程等人，2021；程等人，2022；刘等人，...
结论
本研究基于从中国江西省神农洞收集的14个230Th年龄数据和240个δ18O测量值，重建了3160年至2590年前的东亚夏季季风的高分辨率演变过程，平均时间分辨率为2.4年。该记录详细揭示了2.8千年前这一事件的演变过程和内部结构，该事件始于2948±38年前，结束于2686±40年前，持续了约262年。高分辨率的SN33 δ18O记录揭示...
CRediT作者贡献声明
张小梅：撰写-审稿与编辑、原始草稿撰写、数据可视化、方法论构建、调查实施、数据分析、概念化。张海伟：撰写-审稿与编辑、项目监督、资金获取、数据管理、概念化。辛哈·阿希什：撰写-审稿与编辑。王淼淼：数据管理。王健：数据管理。李月儿：软件应用。潘梁康：数据管理。张瑞：数据管理。宁友锋：数据整理。
Tan等人，2019
Wang，1997
Wenlei等人，2018
Zhou等人，2017
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
本项工作得到了国家自然科学基金（编号42261144753、42488201和41972186）以及西安交通大学青年人才支持计划的资助。
