洞穴降水-滴水-沉積物δ¹?O對(duì)ENSO的響應(yīng)

更新時(shí)間：2023-09-21 點(diǎn)擊次數(shù)：1538

背景介紹

ENSO是指發(fā)生在熱帶太平洋地區(qū)的厄爾尼諾-南方濤動(dòng)現(xiàn)象，是地球氣候系統(tǒng)中最顯著的海氣耦合系統(tǒng)之一，對(duì)全球氣候和天氣產(chǎn)生重要影響。研究ENSO對(duì)氣候變化的影響，對(duì)預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)極端天氣事件具有重要意義。

東亞夏季風(fēng)（EASM）地區(qū)洞穴系統(tǒng)δ18O的氣候指示意義是利用石筍進(jìn)行古氣候研究的一個(gè)關(guān)鍵前置問(wèn)題。ENSO與季風(fēng)降水/洞穴δ18O之間的聯(lián)系及其機(jī)制也存在爭(zhēng)議。對(duì)洞穴降水-滴水-沉積物氧同位素的長(zhǎng)期系統(tǒng)監(jiān)測(cè)是解決這些問(wèn)題的有效途徑。該研究提供了位于受EASM影響的前沿地帶的中國(guó)東南部玉華洞近11年來(lái)的降水、滴水和現(xiàn)代沉積物δ18O的數(shù)據(jù)，揭示了玉華洞巖溶系統(tǒng)氧同位素的傳遞過(guò)程、洞穴碳酸鹽沉積物氧同位素的指示意義，探討了ENSO對(duì)降水/洞穴氧同位素的影響機(jī)制。

研究方法

采樣地

玉華洞（26°50′N，117°26′E）位于武夷山東南側(cè)，距福建省福州市約200公里（圖1a）。

采樣方法

采樣時(shí)使用潔凈的5L聚丙烯塑料容器, 用錫箔紙裹住瓶身，并加入大約一厘米厚的液體石蠟。接取降水后混合均勻，立即倒入50ml聚丙烯塑料瓶和2ml玻璃密封瓶，裝樣過(guò)程中確保兩種類(lèi)型的瓶子裝滿(mǎn)并用封口膜密封以防止樣品蒸發(fā), 并置于4°C冰箱中冷藏保存直到進(jìn)行分析測(cè)試，以避免發(fā)生同位素分餾。在兩個(gè)滴水點(diǎn)（編號(hào)ENXX和SBML）下使用同類(lèi)型的樣品瓶收集滴水樣本（圖1c），并對(duì)一分鐘內(nèi)的滴水次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以計(jì)算滴率。

同位素?cái)?shù)據(jù)測(cè)量與處理：降雨和滴水的δ18O和δD的測(cè)量在福建師范大學(xué)使用Picarro L2140-i完成。數(shù)據(jù)已標(biāo)準(zhǔn)化，使用三個(gè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)（δ18O:−19.13‰、−8.61‰和−0.15‰；δD:−144‰、−63.4‰和−1.7‰），以維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海水（V-SMOW）表示；測(cè)量精度δD為±0.5‰，δ18O為±0.08‰。沉積物的δ18O使用碳酸鹽自動(dòng)進(jìn)樣裝置kile IV與Finnigan MAT-253型質(zhì)譜儀聯(lián)機(jī)完成測(cè)試。每９個(gè)樣品插入１個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品（NBS-19），分析誤差（±２σ）優(yōu)于0.06‰，結(jié)果以δ18O(VPDB)表示。

研究結(jié)論

該研究獲取了中國(guó)東南玉華洞長(zhǎng)達(dá)11年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究人員研究了降水、滴水和沉積物的氧同位素變化，以探究氧同位素的傳遞過(guò)程及與ENSO的聯(lián)系。氧同位素是一種用來(lái)研究水文循環(huán)和氣候變化的重要指標(biāo)，通過(guò)分析氧同位素的比例，我們可以了解降水和水體的來(lái)源、循環(huán)和變化過(guò)程。

研究表明：降水δ18O（δ18Op）的季節(jié)和年際變化主要受上游對(duì)流和降水過(guò)程調(diào)控。δ18Op強(qiáng)烈響應(yīng)于受ENSO活動(dòng)影響的熱帶輻合帶遷移及西太平洋副熱帶高壓帶活動(dòng)有關(guān)的東亞夏季風(fēng)活動(dòng)。由于巖溶儲(chǔ)層混合效應(yīng)的影響，滴水δ18O（δ18Od）的季節(jié)變化不規(guī)律，其振幅遠(yuǎn)小于δ18Op。δ18Od可以反映巖溶水庫(kù)中雨水δ18Op在停留時(shí)間內(nèi)的綜合變化，并可以繼承δ18Op中的ENSO信號(hào)。玉華洞滴水點(diǎn)的補(bǔ)給模型揭示了ENSO響應(yīng)的時(shí)間和幅度差異，這可歸因于巖溶含水層中雨水停留時(shí)間和新舊水混合比例的變化。降雨量越大，δ18Od對(duì)ENSO活動(dòng)的響應(yīng)越敏感，時(shí)滯越短，振幅越大。沉積物δ18O（δ18Oc）系列表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，受到洞穴溫度變化的控制。在年際時(shí)間尺度上，δ18Oc的變化主要受δ18Od的控制，可以記錄ENSO信號(hào)。研究表明，玉華洞高分辨率石筍δ18O重建可能能夠識(shí)別東亞夏季風(fēng)在年到十年時(shí)間尺度上與ENSO相關(guān)的歷史變化。

我們的研究強(qiáng)調(diào)了利用對(duì)特定洞穴地點(diǎn)的降雨、洞穴滴水和沉積物δ18O的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)來(lái)改進(jìn)對(duì)石筍δ18O記錄中氣候信息及與ENSO相關(guān)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制的解釋的必要性。玉華洞高分辨率石筍δ18O重建能夠記錄東亞夏季風(fēng)在年到十年時(shí)間尺度上與ENSO相關(guān)的歷史變化。未來(lái)，我們將進(jìn)一步深入追索ENSO事件與季風(fēng)變化的關(guān)系，為全球變暖背景下極端氣候事件的預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)提供理論支撐。