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洞穴降水-滴水-沉积物δ¹⁸O对ENSO的响应

更新时间:2023-09-21      点击次数:675

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背景介绍

ENSO是指发生在热带太平洋地区的厄尔尼诺-南方涛动现象,是地球气候系统中最显著的海气耦合系统之一,对全球气候和天气产生重要影响。研究ENSO对气候变化的影响,对预测和应对极端天气事件具有重要意义。

东亚夏季风(EASM)地区洞穴系统δ18O的气候指示意义是利用石笋进行古气候研究的一个关键前置问题。ENSO与季风降水/洞穴δ18O之间的联系及其机制也存在争议。对洞穴降水-滴水-沉积物氧同位素的长期系统监测是解决这些问题的有效途径。该研究提供了位于受EASM影响的前沿地带的中国东南部玉华洞近11年来的降水、滴水和现代沉积物δ18O的数据,揭示了玉华洞岩溶系统氧同位素的传递过程、洞穴碳酸盐沉积物氧同位素的指示意义,探讨了ENSO对降水/洞穴氧同位素的影响机制。

研究方法

采样地

玉华洞(26°50′N,117°26′E)位于武夷山东南侧,距福建省福州市约200公里(图1a)。

采样方法

 

采样时使用洁净的5L聚丙烯塑料容器, 用锡箔纸裹住瓶身,并加入大约一厘米厚的液体石蜡。接取降水后混合均匀,立即倒入50ml聚丙烯塑料瓶和2ml玻璃密封瓶,装样过程中确保两种类型的瓶子装满并用封口膜密封以防止样品蒸发, 并置于4°C冰箱中冷藏保存直到进行分析测试,以避免发生同位素分馏。在两个滴水点(编号ENXX和SBML)下使用同类型的样品瓶收集滴水样本(图1c),并对一分钟内的滴水次数进行计数,以计算滴率。

 

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同位素数据测量与处理:降雨和滴水的δ18O和δD的测量在福建师范大学使用Picarro L2140-i完成。数据已标准化,使用三个内部标准(δ18O:−19.13‰、−8.61‰和−0.15‰;δD:−144‰、−63.4‰和−1.7‰),以维也纳标准平均海水(V-SMOW)表示;测量精度δD为±0.5‰,δ18O为±0.08‰。沉积物的δ18O使用碳酸盐自动进样装置kile IV与Finnigan MAT-253型质谱仪联机完成测试。每9个样品插入1个标准样品(NBS-19),分析误差(±2σ) 优于0.06‰,结果以δ18O(VPDB)表示。

研究结论

 

该研究获取了中国东南玉华洞长达11年的监测数据,研究人员研究了降水、滴水和沉积物的氧同位素变化,以探究氧同位素的传递过程及与ENSO的联系。氧同位素是一种用来研究水文循环和气候变化的重要指标,通过分析氧同位素的比例,我们可以了解降水和水体的来源、循环和变化过程。

研究表明:降水δ18O(δ18Op)的季节和年际变化主要受上游对流和降水过程调控。δ18Op强烈响应于受ENSO活动影响的热带辐合带迁移及西太平洋副热带高压带活动有关的东亚夏季风活动。由于岩溶储层混合效应的影响,滴水δ18O(δ18Od)的季节变化不规律,其振幅远小于δ18Op。δ18Od可以反映岩溶水库中雨水δ18Op在停留时间内的综合变化,并可以继承δ18Op中的ENSO信号。玉华洞滴水点的补给模型揭示了ENSO响应的时间和幅度差异,这可归因于岩溶含水层中雨水停留时间和新旧水混合比例的变化。降雨量越大,δ18Od对ENSO活动的响应越敏感,时滞越短,振幅越大。沉积物δ18O(δ18Oc)系列表现出明显的季节变化,受到洞穴温度变化的控制。在年际时间尺度上,δ18Oc的变化主要受δ18Od的控制,可以记录ENSO信号。研究表明,玉华洞高分辨率石笋δ18O重建可能能够识别东亚夏季风在年到十年时间尺度上与ENSO相关的历史变化。

 

 

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我们的研究强调了利用对特定洞穴地点的降雨、洞穴滴水和沉积物δ18O的长期监测来改进对石笋δ18O记录中气候信息及与ENSO相关的驱动机制的解释的必要性。玉华洞高分辨率石笋δ18O重建能够记录东亚夏季风在年到十年时间尺度上与ENSO相关的历史变化。未来,我们将进一步深入追索ENSO事件与季风变化的关系,为全球变暖背景下极端气候事件的预测和应对提供理论支撑。

 

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