近2000年来东亚夏季风石笋记录及与历史变迁的关系_李偏

２０１０年８月 海洋地质与第四纪地质 Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．４第３０卷第４期 ＭＡＲＩＮＥ　ＧＥＯＬＯＧＹ　＆ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ　ＧＥＯＬＯＧＹ　Ａｕｇ．，２０１０ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１１４０．２０１０．０４２０１
近２　０００年来东亚夏季风石笋记录
及与历史变迁的关系
李偏，张茂恒，孔兴功，张春霞，汪永进，赵侃
（南京师范大学地理科学学院，南京２１００４６）
摘要：基于湖北神农架犀牛洞石笋（ＳＮ）２１个２３０　Ｔｈ年龄及４８６个δ１８　Ｏ数据，建立了近２　０００年来平均分辨率４～５ａ的δ１８　Ｏ时间序列。

该记录显示，近两千多年来东亚夏季风强度总体呈逐步减弱趋势，并叠加数次数十年到百年尺度的振荡旋回，中世纪暖期及小冰期显示独特特征。

石笋δ１８　Ｏ曲线与北半球（３３°Ｎ）太阳辐射曲线一致，揭示了近２　０００ａ来亚洲季风变化主要受控于太阳辐射的变化。

通过与历史气候记录对比发现，汉朝和唐朝对应δ１８　Ｏ偏负即相对稳定的气候阶段，而三国、两晋、南北朝、宋朝及明朝均对应于正偏且波动较大的δ１８　Ｏ值，存在旱涝灾害频繁交替现象，说明朝代的兴衰更替在一定程度上和气候变化存在某种联系。

关键词：石笋；太阳活动；东亚夏季风；湖北神农架
中图分类号：Ｐ５３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５６－１４９２（２０１０）０４－０２０１－０８
近２　０００ａ来气候变化是当今全球变化研究的热点问题之一，冰心、树轮、石笋、珊瑚、湖泊沉积物等古气候载体及考古历史文献记录研究对这一热点问题取得了一些新认识。

青藏高原达索普冰心粉尘和氯化物浓度记录［１］、青藏高原中东部树轮记录［２］、广东湖光岩玛尔湖记录［３］、北京石花洞石笋年纹层记录［４］、甘肃万象洞［５］及湖北和尚洞［６］石笋氧同位素记录均揭示了这一时段长尺度变干趋势及短尺度季风气候变化特征。

太阳能量输出的变化主导着整个北大西洋［７］和季风区［８－９］水汽循环过程。

研究表明全新世十年至百年尺度气候变化很大程度上受太阳活动影响。

如北大西洋亚极地地区深海沉积物重建的温度曲线与宇生核素对比显示，两者百年到千年尺度变化有很好的相关性，揭示出太阳活动可能通过驱动浅层水变化传输到深层水放大信号影响全球［７］。

阿拉斯加西南部湖泊沉积记录［１０］、中国和阿曼石笋高分辨率δ１８　Ｏ记录［５，８，１１］与树轮１４　Ｃ记录同样有良好的对应关系。

然而，不同气候记录［７，９，１２］表明气候系统响应太阳活动周期变化时存在差异，太阳对气候变化的驱动还存在一些争论［１３－１４］，因此，寻求东亚季风区高质量气候载体对探讨该时段季风特征及驱动机制有重要意义。

基金项目：国家自然基金项目（４０７７１００９）；教育部重点基金项目（２０７０３９）
作者简介：李偏（１９８２—），女，硕士，从事全球变化研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｏｎｇｘｉｎｇｇｏｎｇ＠ｎｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
收稿日期：２０１０－０１－１１；改回日期：２０１０－０３－１８．　文凤英编辑
近几十年来人们对气候变化与文明之间的关系更为关注。

加勒比海Ｃａｒｉａｃｏ盆地钛浓度记录研究指出，百年尺度的持续干旱最终导致了玛雅文明的崩溃［１５］。

美国西南部石笋记录与考古学记录的当地文化变革有很好的对应关系［１６］，说明气候变化可能是导致聚落和人口变迁的一个重要原因。

Ｐｅｔｅｒ等总结前人研究成果时指出，人口断层、城市衰落及国家的灭亡与数十年尺度到数百年尺度的气候干旱事件有关［１７］。

在中国区域，青藏高原东北部树轮记录重建的２　４８５ａ以来年均温变化序列显示，中国绝大部分朝代的灭亡都与该温度序列低温时期相对应［２］。

Ｙａｎｃｈｅｖａ等据广东湖光岩玛珥湖的研究，认为中国唐朝和中美洲玛雅文明的灭亡主要是由于赤道雨带南移导致气候干旱引起的［３］。

中国黄土高原万象洞１８１０年以来的石笋记录［５］，同样揭示了亚洲夏季风演化与中国历史朝代有较好的对应关系。

然而，中国朝代灭亡的气候论引起众多争议，大量气候史料分析认为朝代的灭亡更多是由于政治因素，而非气候因素［１８］。

因此，文明与气候之间究竟是否存在联系，仍需大量的研究工作来证实。

本文选取位于典型东亚季风区的神农架高分辨率及精确定年石笋记录，来探讨近２　０００ａ来亚洲季风系统的演化过程、成因机制及季风强度与人类文明之间的关系。

１　材料与方法
犀牛洞（３１°２１′２０″Ｎ、１１０°３３′５０″Ｅ，海拔约
海洋地质与第四纪地质２０１０年　
１　
９００ｍ）位于湖北省神农架自然保护区北坡，北临黄土高原南缘。

区域气候显著受控于东亚季风［１９］
，年均降雨量１　９００～２　０００ｍｍ，主要集中在夏季（６—９月），约占年降水量的８０％，
年均温８～９℃。

石笋ＳＮ采自于犀牛洞主大厅内，水平距离洞口约３０ｍ，底部与钙板相连，并夹有少量碎屑物。

样品ＳＮ长２３６ｍｍ，直径均匀变化（７０～８０ｍｍ），顶部呈圆弧形，外表光滑，指示了石笋生长环境稳定。

沿生长轴切开抛光后，岩性特征总体可分成明显２个阶段：（１）距顶０～１７５ｍｍ为肉红色，
抛光面呈半透明；（２）以下１７５～２３６ｍｍ颜色较深，灰色与肉红色条带交替分布，可能和有机质分布有关。

整个石笋剖面岩性相对均一，未见有明显的沉积间断。

在抛光面上用直径０．９ｍｍ钻头钻取２１个粉样用于Ｕ－Ｔｈ测年分析，测试仪器为ＭＣ－ＩＣＰ－ＭＳＮｅｐ
ｔｕｎｅ，由美国明尼苏达大学地质与地球物理系同位素实验室完成。

方法参照Ｓｈｅｎ等［２
０］
，年龄误差为±２σ统计误差，结果见表１。

沿石笋生长轴，用刀刮取粉末样用于稳定同位素分析。

采样间隔为２０个／ｍｍ，共采集４　
７２０个。

每毫米选取２个进行测试分析，测试方法为碳酸盐自动进样装置（ＫＩＥＬ－
ＣＡＲＢＯＮＡＴＥ　ＤＥＶＩＣＥ）与Ｆｉｎｎｉｇ
ａｎＭＡＴ－２５３型质谱仪联机分析，每９个样品插一个标准样品（ＮＢＳ－
１９），共测得４８６组氧碳同位素数据，其中，氧同位素测试误差为±０．０６‰，ＶＰＤＢ标准，由南京师范大学同位素实验室完成。

２　结果
２．１　δ１８　Ｏ序列时标建立
２１个２３０　
Ｔｈ测年结果显示，
该样品生长覆盖约（１８０±１０）～（２　２２０±４０）ａＢＰ时段。

相邻测年点间距均约１１ｍｍ，保证了线性内插时标的可靠性。

样品中２３８　
Ｕ含量相对较高（平均为１　
８９９×１０－９），２３２　
Ｔｈ含量较低（平均为１　
８７０×１０－１２），初始年龄校正量平均不到１０ａ，因此测年精度较高。

绝大部分样品的年龄误差在１０ａ以下，少数误差为４０ａ（在１８８、２２４及２３２ｍｍ处）。

石笋年龄曲线（图１ａ
）表明石笋沉积速率较稳定，平均速率约为１３０μｍ／ａ。

因此，我们使用相邻测年点间线性内插，建立了ＳＮ
石笋δ１８　
Ｏ时间序列。

表１　湖北神农架犀牛洞石笋ＳＮ的ＩＣＰ—ＭＳ测年结果
Ｔａｂｌｅ　１　ＩＣＰ－ＭＳ　Ｕ－ｓｅｒｉｅｓ　ｄａｔｉｎｇ　
ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｏｒ　ｓａｍｐｌｅ　ＳＮ样品号２３８　
Ｕ／１０－９２３２　
Ｔｈ
／１０－１２２３０　
Ｔｈ／２３２　
Ｔｈ原子数（×１０－６）δ２３４　Ｕ＊
（测量值）
２３４　
ＵＩｎｉｔｉａｌ＊＊
（校正值）
２３０　
Ｔｈ／２３８　
Ｕ（活度比）
２３０　
Ｔｈ年龄／ａＢＰ
（未校正值）２３０　
Ｔｈ年龄／ａＢＰ
（校正值）ＳＮ－１ＳＮ－３ＳＮ－６ＳＮ－１３ＳＮ－１５ＳＮ－１９ＳＮ－３０ＳＮ－４６ＳＮ－５９ＳＮ－８４ＳＮ－９８ＳＮ－１１３ＳＮ－１２０ＳＮ－１３０ＳＮ－１３９ＳＮ－１６４ＳＮ－１７７ＳＮ－１８８ＳＮ－２０１ＳＮ－２２４ＳＮ－
２３２１　４１０．１１　９７２．２１　２７０．６９７４．０１　７７８．２１　７４１．４２　２２７．３１　８５１．３２　１６２．２１　９５５．４１　９９９．０２　０６２．２１　５２７．０２　２７８．４２　０３５．３１　９２１．６１　６６１．０１　７３５．２１　８９７．１３　５２７．５１　
７４１．８１　３７４２７７４４１４１２７９４８６４３８０８７１１　６２１７３０５０７６５１３７７２　１５０１　１３１１　１１４１　８７９７　４２５２　１５３１　３１５６　
５２６５７３８１．９１８５．２１９３１８７．３２４４．４７３５．４３８０．７３０６７４３．２１　１６４１　０６２１　４１６３９７．２７００．０７５０．１４２８．７１３５４９０．６１７１１７８．８
９４７．２９５５．９９４７．８９５４．８９７７．０９７２．３９１３．４９３９．８９８３．１１　０２３．１９５３．０９５０．２９４４．３９５２．４９４６．６９５１．９９７０．１９６９．０９６６．１９６０．３９６５．９
９４８９５６９４８９５６９７８９７３９１４９４１９８５１　０２６９５６９５３９４７９５６９５０９５６９７５９７４９７１９６６９７２
０．００３　４０．００３　３０．００３　９０．００５　００．００５　１０．００７　４０．００７　６０．０１０　９０．０１３　９０．０１６　８０．０１７　９０．０２０　３０．０２１　２０．０２２　７０．０２３　６０．０２６　４０．０２９　４０．０３５　１０．０３３　８０．０３８　６０．０４０　
６１８９±２１８１±５２１８±１２７７±２２８０±２４０７±２４３５±２６１２±２７６８±３９１０±３１　００４±３１　１４２±３１　１９６±４１　２７６±３１　３２９±３１　４８１±５１　６３８±６１　９５７±６１　８８６±５２　１６５±７２　
２７３±６１７５±１０１７９±５２１３±４２７１±５２７３±５４００±６４３２±３６０５±６７５７±８９０４±５１　０００±４１　１３８±５１　
１９２±５１　２６２±１０１　３２０±７１　４７３±８１　６２２±１３１　８９４±４５１　８６９±１３２　１１０±４０２　
２１８±４０ λ２３０＝９．１５７　７×１０－６ａ－１；λ２３４＝２．８２６　３×１０－６ａ－１；λ２３８＝１．５５１　２５×１０－１０ａ－１；２３４　Ｕ＝（［２３４　Ｕ／２３８　Ｕ］活度比－１）×１　０００；２３４　Ｕ初始值是根据２３０　
Ｔｈ年龄获得，即２３４　Ｕ初始值＝２３４　Ｕ测量值×ｅ２３４×Ｔ；校正２３０　Ｔｈ年龄假设初始的２３０　Ｔｈ／２３２　Ｔｈ原子比为４．４±２．２×１０－６
　。

２０２
　第４期 李偏，等：近２　０００年来东亚夏季风石笋记录及与历史变迁的关系２．２　石笋δ１８　
Ｏ气候意义
石笋δ１８
Ｏ是否可以作为气候代用指标，关键问题在于石笋沉积过程中δ１８　
Ｏ是否达到平衡分馏。

应
用Ｈｅｎｄｙ准则对氧碳同位素相关性检验，
分析结果得二者相关系数较低（Ｒ２
＝０．０６１　
６），表明石笋生长过程中动力分馏作用不明显，石笋氧同位素可以作为气候指标指示古气候信息。

为进一步验证石笋ＳＮ记录为气候信息，将犀牛洞记录与同位于神农架地区
的和尚洞石笋（ＨＳ－
４）记录［６
］进行重复性检验。

两者重叠时段（约２６０ＢＣ—１８３０ＡＤ）在测年误差范围内不仅变化趋势和振幅相同，细节上也具有相似的波动特征，如在１１５０ＡＤ左右两记录都表现为明显的偏负。

可能源于两洞穴海拔高度差异［２１］，石笋ＳＮδ１８　
Ｏ比ＨＳ－
４δ１８　
Ｏ系统偏负约０．７‰。

但总体趋势及细节变化一致，证实了石笋ＳＮδ１８　
Ｏ记录的可靠性，
说明δ１８Ｏ波动主要是地表环境（
气候）引起的。

石笋δ１８　
Ｏ变化主要反映洞穴温度和洞穴滴水δ１８　
Ｏ组成的变化［２２］。

在该记录中δ１８　
Ｏ振幅达２‰，按Ｏ′
Ｎｅｉｌ等［２
３］方解石与水之间的同位素平衡分馏方程（－０．２４‰／℃）计算，该洞穴温度变化达８．３℃。

而气候记录显示，即使在２　０００年来温度变化最大的中世纪暖期和小冰期时期温度变化也只有２
～３℃［２４－２５］。

因此，石笋δ１８　Ｏ的变化不可能只受温度影响。

洞穴滴水δ１８　
Ｏ组成反映了洞穴区年平均
降水量δ１８　Ｏ组成［２６］。

然而，降水δ１８　
Ｏ组成与降水量呈反相关，即降水量越大，降水的δ１８　
Ｏ越偏负；同时，降水δ１８　Ｏ与大气温度正相关，Ｒｏｚａｎｓｋｉ等［２７］总结了北半球大部分内陆地区雨水δ１８　Ｏ与当地气温
的关系，结果均为线性正相关，只是斜率在各地有所不同，变化范围为０．１‰／℃～０．７‰／℃。

因此，
降雨量和温度对降水δ１８　
Ｏ的影响会部分抵消，
而洞穴温度对洞穴滴水δ１８　Ｏ的影响与降水量对降水δ１８　Ｏ的影响是同向叠加。

Ｊｏｈｎｓｏｎ等［２８］对中国１０个观
测台站的雨水同位素进行了３年的多元回归分析，
结果表明在受季风强烈影响的地区，其降水的δ１８　
Ｏ
变化主要受控于降水的“量效应”。

大量的季风区δ１８　
Ｏ变化研究［９，１１，２９］也表明，石笋δ１８　
Ｏ反映季风降水，即δ１８　
Ｏ偏负表示区域降水增多，
夏季风增强，气候温暖湿润；反之则相反。

２．３　季风气候的基本特征
图１给出石笋ＳＮ的δ１８　
Ｏ时间变化序列，
其变化范围为－９．９９６‰～－７．９６７‰（
振幅为２‰），图中虚线表示δ１８　
Ｏ的平均值（－９．０１‰），记录了约２６０ＢＣ—１８３０ＡＤ东亚夏季风强度连续变化过程。

以δ１８　
Ｏ平均值为基准，可以将近２　０００ａ东亚夏季风强度划分为两个阶段：３５０ＡＤ以前的夏季风较强阶段、３５０—１６００ＡＤ夏季风逐渐减弱并出现高幅高频振荡期。

图１　犀牛洞石笋ＳＮ的δ１８　
Ｏ记录生长速率
Ｆｉｇ．１　Ｏｘｙｇｅｎ　ｉｓｏｔｏｐｅ　ｒｅｃｏｒｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｓｔａｌａｇ
ｍｉｔｅ　ＳＮ　ｆｒｏｍ　Ｘｉ－ｎｉｕ　Ｃａｖｅ图中误差棒表示测年点误差。

３
０２
海洋地质与第四纪地质２０１０年　
３５０ＡＤ以前δ１８　
Ｏ值基本偏负于整个序列平均值（介于－８．８６６‰～－９．９２５‰之间，平均
－９．３５‰）
，且整体波动不大，为低频低幅振荡，表明该时期东亚夏季风较强盛。

与罗马暖期时间一
致［３０］，并与竺可桢等［３１］
用物候学方法和大量气候史
料记录证实的我国汉代大暖期相符合。

中国青藏高
原古里雅冰心δ１８　
Ｏ序列和累积量所建的中国西部２　
０００年来的气候变化［３２］、东部历史文献记录［３３］
均显示这一时期为高温高湿环境，其程度甚至强于中世纪暖期和现代暖期。

本文δ１８　Ｏ记录表现了其强
度超过了中世纪暖期，但由于缺少最近一百年来的记录，无法判别是否高于现代暖期。

自３５０ＡＤ左右δ１８　
Ｏ值开始正向漂移，
且表现为以平均值为基准的４次百年尺度旋回，分别是约３５０—４５０ＡＤ、５２０—６１０ＡＤ、７６０—９８０ＡＤ、１０８０—１２００ＡＤ的强季风降水期和约４５０—５２０ＡＤ、６１０—７６０ＡＤ、９８０—１０８０ＡＤ、１２００—１３００ＡＤ的弱季风干旱期。

其中每个波动旋回里又叠加多个数十年尺度
的振荡。

本文石笋δ１８　
Ｏ记录显示，６００—９００ＡＤ的隋唐时期并不是一直处于温暖湿润状态，而是以
δ１８
Ｏ值负向漂移为特征，即表现为由冷干转为暖湿。

在７４０ＡＤ之前δ１８　
Ｏ偏正，７１５ＡＤ左右为此时间段
最大值（－８．５２６‰），之后δ１８　
Ｏ开始逐渐负向漂移，
到约７５０ＡＤ达到最小值（－９．３４５‰）。

此后以约３６ａ周期旋回，
这种旋回在秦岭南部佛爷洞石笋记录［
３４］、内蒙古包头树轮记录［２］
以及长江中下游地区和中国西南地区的降雨变化记录中均存在。

约１０６０—１４２０ＡＤ为季风较强盛期，与欧洲中世纪暖期（９００—１３００ＡＤ）时间跨度基本一致，但相比晚了约１６０ａ，且这４００ａ中季风并不是一直处于强盛期，而是１０６０—１２００ＡＤ和１３００—１４２０ＡＤ为两个明显的湿润期，１２００—１３００ＡＤ出现了持续１００ａ之久的相对干旱期。

总体上看存在“两峰夹一谷”的独
特特征。

约１４２０—１８４０ＡＤ，δ１８　
Ｏ值整体偏正（平均值为－８．７‰），并伴随４次振荡及多个短尺度旋回，总趋势呈现“五峰四谷”（图１ｂ）。

约１６３０ＡＤδ１８
Ｏ达到最大值。

与Ｃａｒｉａｃｏ盆地（１０°Ｎ）
钛浓度变化［３５］、加勒比海（１９°Ｎ）珊瑚δ１８　
Ｏ和Ｍｇ
／Ｃａ比记录［３６］、尤卡坦半岛（２０°Ｎ）湖泊沉积介形虫δ１８　Ｏ［３
７］等记录的小冰期相对应，显示了季风减弱和干旱加剧的环境。

总体来讲，ＳＮδ１８　Ｏ曲线呈现以下５个特征：（１）序列整体表现为δ１８　
Ｏ逐渐偏正，即东亚夏季风
在２　
０００ａ来有减弱趋势，而在约１６００ＡＤ时出现δ１８
Ｏ，。

在整个变化过程中又叠加数次数十年至百年尺度振荡，表明晚全新世时期气候并不是一直持续稳定变化。

（２）在约３５０ＡＤ以前整体振幅较小（
振幅１‰），为低幅振荡；而在３５０ＡＤ之后振幅逐渐变大（振幅２‰），以高幅振荡为主。

说明东亚季风强度在３５０ＡＤ以前变化较小，而在３５０ＡＤ之后强弱变化较大。

（３）该记录δ１８
Ｏ值在１６００ＡＤ左右出现明显的负向漂移，指示东亚夏季风在这一时期开始逐渐增强。

（４
）“中世纪暖期”和“小冰期”均存在，是近２　０００年气候变化中的典型事件。

与同位于东亚季风区的其他洞穴记录（万象洞、和尚洞、董哥洞）对比，发现这些记录变化整体上吻合较好（图２），上述５个基本特征在这些
曲线中普遍存在，说明ＳＮδ１８　
Ｏ变化反映了东亚夏
季风区域性变化规律。

图２　犀牛洞石笋（ＳＮ）与万象洞（ＷＸ４２Ｂ）、和尚洞（ＨＳ－
４）及董哥洞（ＤＡ）石笋δ１８　
Ｏ记录对比
Ｆｉｇ．２　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆδ１８　
Ｏ　ｒｅｃｏｒｄｓ　ｆｒｏｍ　Ｘｉ－ｎｉｕ，Ｗａｎ－ｘｉａｎｇ
，Ｈｅ－ｓｈａｎｇ（ＨＳ－４）ａｎｄ　Ｄｏｎｇ－ｇ
ｅ（ＤＡ）Ｃａｖｅｓ３　讨论
３．１　区域对比与驱动机制
本文选取甘肃万象洞［５］、湖北和尚洞［６］
及贵州董哥洞［８］
分辨率相对较高的石笋记录进行对比。

从图２可见，４个洞穴记录δ１８　Ｏ均逐渐偏正，
即东亚夏季风在２　
０００ａ来有减弱趋势。

而这种减弱趋势在低纬季风区其他高分辨率石笋记录［９］
、浮游有孔虫Ｇｌｏｂｉｇ
ｅｒｉｎａ　ｂｕｌｌｏｉｄｅｓ记录［３８］
中均有表现，表明西南地区、阿拉伯半岛、印度次大陆季风降水持续减
４
０２
　第４期 李偏，等：近２　０００年来东亚夏季风石笋记录及与历史变迁的关系弱。

ＳＮ曲线与其他记录也存在一定的差异：（１）夏季风气候由弱逐渐增强的时间比其他记录早约１００ａ。

可能是源于时标建立的方法、测年误差范围和洞穴环境对气候变化的敏感度等的不同。

（２）由于氧同位素样点分辨率、降水类型等因素的不同，本记录在两千年的整体变化中存在明显的数十年至百年尺度高幅振荡，振幅为１‰～２‰。

如图１ｂ中所示小冰期出现５次振荡，这种旋回在１３００ＡＤ以前的记录中也普遍存在，显示东亚季风短时间尺度的振荡幅度较大，
而这种振荡在其他记录中不明显。

东亚季风与西南及印度季风、非洲季风百年至千年尺度变化在晚全新世时期同步减弱的原因，可能是受控于同一种驱动机制。

石笋δ１８　
Ｏ记录与３３°Ｎ夏季太阳辐射能量曲线
在长期变化趋势上基本一致（图３），说明在长时间尺度上季风气候敏感地响应于太阳辐射的变化。

近２　
０００ａ来，南半球太阳辐射季节性反差增大，而北半球太阳辐射季节性反差减弱，
导致北半球太阳辐射热容量降低，推动ＩＴＣＺ向南移动，减少了北半球低纬地区的季风降雨量。

董哥洞Ｄ４石笋和Ｑｕｎｆ
洞Ｑ５石笋δ１８　
Ｏ记录与东西太平洋钻孔Ｍｇ／Ｃａ记录具有一致性，表明全新世ＩＴＣＺ是响应于轨道变化的全球性大环流。

对比南半球巴西石笋与亚洲季
风区董哥洞、葫芦洞和三宝洞石笋δ１８　
Ｏ记录，发现南北半球季风强度呈“跷跷板”模式变化［３９］
，其驱动
机制可能是ＩＴＣＺ的南北摆动促使两半球季风强度呈现此消彼长式变化。

因此，在亚洲中低纬度地区ＩＴＣＺ的南北移动可能对季风强度变化起放大作用。

因此，可以说全新世千年尺度上，太阳辐射是亚洲季风变化的直接驱动力。

从图３中可以看出，１６００ＡＤ以前石笋δ１８　
Ｏ曲
线与太阳活动指数曲线的峰谷变化相当一致（ｒ＝
－０．３７）：十到百年尺度上，石笋δ１８　
Ｏ值偏负即季风
的增强对应太阳活动增强；反之，对应太阳活动减弱。

北大西洋亚极地地区深海沉积物记录［７］
、阿拉斯加西南部湖泊沉积记录［１０］
、中国及阿曼石笋高分辨率δ１８　
Ｏ记录［５，８，１
１］也表明全新世十年至百年尺度气候变化与太阳活动之间存在很好的相关性。

石笋δ１８
Ｏ值功率谱分析得出，在９０％置信度水平的周期有３００、１９０、８８、４５、２４、２２、１５、１２、１１．５、９．８、９ａ。

３００和１９０ａ接近于１４
Ｃ　
１００～３００ａ的波动周期［１５］。

在高频变化中，以８８ａ周期最为显著，而此周期成分可能是对约８０年Ｇｌｅｉｓｓｂｅｒｇ周期［４０］的太阳活动
变化的响应；２４、２２ａ接近于２２ａ双海尔周期；１１ａ。

，阳活动
是近２　０００ａ来亚洲季风强度十到百年尺度变化的重要影响因子。

有研究认为，太阳活动效应可能通
过紫外线和云等被显著放大［４１］
，也有可能通过驱动浅层水变化传输到深层水放大信号影响全球［
７］。

图３　犀牛洞石笋ＳＮ的δ１８　
Ｏ曲线与太阳辐射量曲线
及太阳活动指数对比
图中灰色条柱指示δ１８Ｏ与太阳活动同时出现的峰值。

Ｆｉｇ．３　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ＳＮδ１８　Ｏ　ｒｅｃｏｒｄ　ｗｉｔｈ　ｓｕｍｍｅｒｉｎｓｏｌａｔｉｏｎ　ａｔ　３３°Ｎ　ａｎｄ　ａｔｍｏｓｐ
ｈｅｒｉｃΔ１４　
Ｃ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ该石笋记录显示１６００ＡＤ以来亚洲季风记录与太阳活动指数相关性较低。

从石笋测年精度上来看，这段时间共有６个实测年龄，精度高，误差较小，且两测年点距离较近，镜下观察发现此段岩性均一，没有沉积间断，因此，采用内插法获得的时标切实可
靠。

从太阳活动记录来分析，１６１０ＡＤ以来Δ１４　
Ｃ与天文望远镜观测所得太阳黑子数［
４２］
相关系数达０．８４，
与其他太阳活动记录［４３］
也一致，因此，可验证太阳活动记录在这段时间可靠。

这就说明亚洲季风
变化的主导驱动力在１６００ＡＤ年左右可能由自然因素转变为人类活动，
或是两者共同驱动。

可能的机制包括太阳活动驱动与温室驱动，即人类活动释放的ＣＯ２及硫酸气溶胶对亚洲季风的影响。

ＣＯ２及硫酸气溶胶再加上南部热带地区降雨量改变的间接影响，很可能导致季风变化不再仅受控于太阳活动的变化。

３．２　夏季风强度与社会兴衰可能存在的关系
图４给出了ＳＮ的δ１８　
Ｏ时间变化序列与朝代对应关系。

图中显示３５０ＡＤ以前的δ１８　
Ｏ相对低值
段对应于我国历史上的汉朝，该段时期为汉代暖期，气候条件相对较好。

良好的气候条件，可能促使以农耕业为主的汉朝出现了相对繁荣的社会景象。

而
５
０２
海洋地质与第四纪地质２０１０年
图４　犀牛洞石笋δ１８　Ｏ记录的季风事件与朝代对比
其中虚线为δ１８Ｏ平均值；灰色条柱及数字标示指示季风减弱事件。

Ｆｉｇ．４　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ＳＮδ１８　Ｏ　ｒｅｃｏｒｄ　ａｎｄ
ｔｈｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｄｙｎａｓｔｉｅｓ
汉朝的衰亡可能与东汉末年出现持续约２０年之久的干旱事件有关。

约３５０ＡＤ至１３００ＡＤδ１８　Ｏ值整体大于平均值（平均为－８．８‰），夏季风较弱，气候干旱寒冷。

这段时间对应于我国历史上的东晋至宋朝。

唐朝后期基本处于夏季风较强时期，但存在多个明显的极端干旱事件，旱涝灾害交替出现。

据史书记载，唐朝时期小麦的种植面积大为增加，其产量明显超出了粟、黍等作物［４４］，而小麦的种植比种粟、黍需要更多的水。

史料记录对唐代水害的统计［４５］也得出，唐朝末期水害不但次数多，而且范围大，水灾的频繁发生，可能导致作物的连年减产，导致战乱不断。

Ｚｈａｎｇ　Ｄｅ’ｅｒ［４６］指出唐朝总体上趋于湿润，并且唐朝灭亡的最后３０年正是处于多雨时段。

因此，唐朝的灭亡可能与北方游牧民族的入侵加上国内水灾、旱灾交替出现而导致国力衰退有很大关系。

该石笋记录对应的汉朝、两晋南北朝、隋朝、宋朝、明朝末期也存在明显类似的水旱灾害频繁交替出现的现象，支持了朝代的更替可能与气候变化存在联系的观点。

图４显示，有些弱季风事件并不对应于朝代的衰亡，如分别发生于３２０ＡＤ、６５０ＡＤ、７００ＡＤ、１０００ＡＤ的弱季风事件，在这些弱季风发生时期并没有相应出现朝代衰退期。

社会的变迁除受气候影响外，可能还受到社会人文因素的影响，如１０００ＡＤ弱季风时期，却出现了宋朝的繁荣景象，这可能与宋朝的科技文化高度发达有关［４７］。

由此可以说明，东亚夏季风的强弱与社会兴衰之间存在联系，但其强弱并不是朝代衰亡的关键因素，而是在诸多复杂因素基础上起到强化作用。

４　结论
（１）神农架ＳＮ石笋提供了近２　０００ａ连续的平均分辨率４～５ａ的东亚夏季风强度记录，高精度Ｕ／Ｔｈ定年建立了可靠的时标。

研究发现东亚夏季风近２　０００ａ来在逐渐减弱过程中叠加多次数十年至百年尺度的高幅旋回。

指出我国汉代大暖期季风强度高于中世纪暖期，为近２　０００ａ来季风最强期。

而中世纪暖期持续时间与其他记录一致，但开始时间晚了约１６０ａ，并表现为冷暖冷的独特特征。

小冰期显示出“五峰四谷”的变化特点及高幅高频振荡特征。

（２）该记录与３３°Ｎ太阳辐射曲线呈大体一致的变化，反映长时间尺度上亚洲夏季风强度受控于太阳辐射变化。

在十到百年尺度，δ１８　Ｏ在１６００ＡＤ以前与太阳活动指标有较强相关性，而１６００ＡＤ以来两者相关性较小，说明东亚夏季风以１６００ＡＤ为基点，之前可能受控于太阳活动，之后可能受太阳活动及人类活动的双重影响。

（３）δ１８　Ｏ变化指示的季风强度变化与中国朝代更替对比发现，我国汉朝、两晋南北朝、唐朝、宋朝及明朝各朝代后期均存在旱涝灾害频繁交替事件，证实了中国朝代兴衰可能与气候变化之间存在联系。

但记录中出现的一些弱季风事件也说明了气候变化并不是影响社会文化兴衰的关键因素。

致谢　本文在完成过程中，得到刘殿兵博士的热情指导和帮助；郭允等硕士协助完成有关实验数据，在此表示感谢。

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０
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ＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯＮ　ＷＩＴＨＨＩＳＴＯＲＩＣＡＬ　
ＲＥＣＯＲＤＳＬＩＰｉａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｍａｏｈｅｎｇ　ＫＯＮＧ　Ｘｉｎｇｇｏｎｇ　
ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｕｎｘｉａ　ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇｊｉｎ　ＺＨＡＯＫａｎ（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　
２１００４６）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　４－５ｙｅａｒ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｘｙｇｅｎ　ｉｓｏｔｏｐｅ　ｒｅｃｏｒｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　２１２３０　
Ｔｈ　ｄａｔｅｓ　ａｎｄ　４８６ｏｘｙｇｅｎ　ｉｓｏｔｏｐ
ｅ　ｄａｔａｆｒｏｍ　ａ　２３６－ｍｍ－ｌｏｎｇ　
ｓｔａｌａｇｍｉｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｘｉ－ｎｉｕ　Ｃａｖｅ　ｉｎ　Ｓｈｅｎｇｎｏｎｇｊｉａ，Ｈｕｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅａｓｔ　Ａｓｉａｎ　Ｓｕｍｍｅｒ　Ｍｏｎｓｏｏｎ（ＥＡＳＭ）ｄｕｒｉｎｇ　
ｔｈｅ　ｐａｓｔ　２０００ｙｅａｒｓ．Ｏｕｒδ１８
　Ｏ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｒｅｖｅａｌｓ　ｔｈａｔ　ＥＡＳＭ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｗｅａｋｅｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｓｔ　２０００ｙｅａｒｓ，ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ　ｂｙ　ｎｕ－ｍｅｒｏｕｓ　ｄｅｃａｄｅｓ　ｏｒ　ｃｅｎｔｕｒｙ－ｓｃａｌｅ　ａｒｉｄｉｔｙ／ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ，ｓｈｏｗｉｎｇ　
ａ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　Ｍｅ－ｄｉｅｖａｌ　Ｗａｒｍｉｎｇ　Ｐｅｒｉｏｄ　ａｎｄ　Ｌｉｔｔｌｅ　Ｉｃｅ　Ａｇｅ．Ｔｈｅδ１８
　Ｏ　ｒｅｃｏｒｄ　ｇｅｎｅｒａｌｌｙ　
ｃｏｒｒｅｌａｔｅｓ　ｗｅｌｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｕｍｍｅｒ　ｉｎｓｏ－ｌａｔｉｏｎ　ａｔ　３３°Ｎ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＥＡＳＭ　ｉｓ　ｌｉｋｅｌｙ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｓｕｍｍｅｒ　ｉｎｓｏｌａｔｉｏｎ．Ａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｗｉｔｈ　ｈｉｓｔｏｒｙ　
ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｐｅｒｉｏｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｎｅｇａｔｉｖｅδ１８　Ｏ　ｖａｌｕｅｓ（ｓｔａｂｌｅ　ｍｏｉｓｔｕｒｅｐｅｒｉｏｄｓ）ｏｃｃｕｒ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｈａｎ　ａｎｄ　Ｔａｎｇ　
Ｄｙｎａｓｔｉｅｓ，ｗｈｉｌｅ　ｉｎｔｅｒｖａｌｓ　ｏｆ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｙｅｔ　ｌａｒｇｅ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ　ｉｎδ１８　
Ｏｖａｌｕｅｓ（ａｒｉｄｉｔｙ　ａｎｄ　ａｂｒｕｐｔ　ｍｏｎｓｏｏｎ　ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ）ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｗａｒ　Ｅｒａ，Ｓｏｎｇ　ａｎｄ　Ｍｉｎｇ　
Ｄｙｎａｓｔｉｅｓ，ｉｎ－ｄｉｃａｔｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ｐｌａｇｕｅｓ　ｏｆ　ａｒｉｄｉｔｙ／ｆｌｏｏｄ．Ｔｈｉｓ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｓｕｇｇｅｓｔｓ　ａ　ｃｌｅａｒ　ｌｉｎｋ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃｌｉｍａｔｅ　ｃｈａｎｇｅａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｍｉｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｄｙｎａｓｔｉｅｓ，ａｎｄ　ｃｌｉｍａｔｅ　ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ　ｐｒｏｂａｂｌｙ　ｐｌａｙｅｄ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　Ｃｕｌｔｕｒｅ　ｅｖｏ－ｌｕｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ　
ｗｏｒｄｓ：Ｓｔａｌａｇｍｉｔｅ；Ｓｏｌａｒ　ａｃｔｉｖｉｔｙ；Ｅａｓｔ　Ａｓｉａｎ　ｓｕｍｍｅｒ　ｍｏｎｓｏｏｎ；Ｘｉ’ｎｉｕＣａｖｅ８
０２。