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)：1447

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東南部玉華洞近11年來的降水、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，裝樣過程中確保兩種類型的瓶子裝滿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程及與ENSO的聯(lián)系。氧同位素是一種用來研究水文循環(huán)和氣候變化的重要指標(biāo)，通過分析氧同位素的比例，我們可以了解降水和水體的來源、循環(huán)和變化過程。

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，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。