近一万年这段时期称为全新世。由于全新世是地球历史上最接近现代的间冰期或温暖期，因此，了解和阐明该时期的温度和季风降雨的变化特征及机制，将为认识和评估现代气候变化的性质以及变化的趋势，提供重要的背景和历史借鉴。长期以来，相对于冰期气候的研究，对全新世气候变化的了解还相对较少，特别是对发生在包括中国大陆在内的北大西洋以外区域的全新世许多突然的气候变化及事件，仍然缺乏较系统和深入的了解。这就需要不断研发敏感的气候代用指标并应用于全新世气候变化研究；需要深刻地揭示气候代用指标的物理、化学、生物学机制，以提高代用指标所指示的气候变化的可靠性。为此，我们一方面对自主研发的泥炭纤维素同位素代用指标进一步提高其分析精度，延展时间跨度，扩大其运用区域，通过广泛对比揭示全新世气候变化；同时还针对当前国内外关注的一些代用指标，如洞穴石笋同位素，指示气候变化的机理开展基础研究；继续探索新的有应用潜力的代用指标，以便为不同代用指标指示的气候信息的对比提供基础，从而更准确地认识全新世气候变化的历史，变率，周期，及对全球变化的响应关系。

具体成果如下：

1、泥炭纤维素同位素记录的全新世季风和温度变化及对全球变化的响应

（1）获得了一条约14200年的高分辨率的吉林哈尼泥炭纤维素δ¹³C记录，它揭示了以下三方面发现：

l       该记录完整地恢复了从末次冰消期至全新世期间东亚夏季风强度变化的历史。从距今约14000年起，δ¹³C值逐渐减小，指示季风强度逐渐增加，并在距今约10000年达到最大值。随后δ¹³C值逐渐增大，指示季风强度逐渐减弱。这种长期的波动与太阳岁差轨道尺度的变化吻合，表明轨道尺度太阳辐射变化引起的海陆热力差异变化可能是轨道尺度东亚夏季风强度变化的基本原因。

l       发现在上述东亚季风长期变化趋势上，还叠加有一系列百年/千年尺度的突然变化。特别重要的是，根据与指示印度洋夏季风的红原泥炭纤维素δ¹³C记录的对比，首次提出，在百年/千年时间尺度上，相应于北大西洋发生9次浮冰事件，亚洲的这两个季风强度呈现反相变化关系:当印度洋夏季风突然明显减弱时，东亚夏季风突然明显增强。

l       利用Lomb-Scargle非等间距谱分析方法分别研究了全新世东亚夏季风和印度洋夏季风强度的周期变化特征，发现两季风的大多数周期都明显不相同，且不互相重叠。但有一个两季风都可能有的周期，即约1370年的周期，这个周期与全新世北大西洋浮冰冷事件的平均步长1374年相同。上述谱分析结果可能进一步证明东亚夏季风和印度洋夏季风的相互独立性，以及它们和北大西洋气候变化共同具有的遥相关系。

上述成果已在Earth and Planetary Science Letters，Global Biogeochemical Cycles, Chinese Science Bulletin等地球科学期刊上发表。

（2）发表了一条约14200年的高分辨率的吉林哈尼泥炭纤维素δ¹⁸O记录，它综合地记录到了由著名的格陵兰冰芯和北大西洋浮冰记录分别记录到的百年/千年尺度温度异常现象，如老仙女木、因特阿里诺德、新仙女木等末次冰消期中的突然变冷事件，以及发生在全新世中的9次突然变冷事件等。这些发现揭示，从末次冰消期至全新世期间反复出现的温度异常，至少是半球尺度的现象，为进一步研究其机制提供了重要基础。该对比研究也进一步证实了泥炭纤维素氧同位素代用温度指标的敏感性，准确性，和实用性，推动了泥炭纤维素代用指标更广泛、深入的开展。

（3）从地球系统科学的观点提出一个全新世气候变化的概念模型，来阐释全新世温度、亚洲季风强度突然变化的原因及相互关联的机制。认为减弱的太阳活动和北大西洋融冰洪水都可能触发地球系统的某些开关，例如触发赤道太平洋厄尔尼诺现象出现，导致气候变冷的同时，印度洋夏季风明显减弱，而东亚夏季风明显增强。该概念模型勾绘了全新世百年/千年尺度突然气候变化的主要原因，机制，和结果。

上述成果在Quaternary Science Reviews, Science in China (Series D) 等地球科学期刊上发表。

上述成果的创新贡献及影响在于：

首次揭示了东亚夏季风与印度洋夏季风这两个季风系统在相位上的反相关系；发现北半球温度异常与亚洲季风强度的突然变化之间，存在百年尺度上紧密关联的重要现象；本成果还进一步从地球系统科学的观点提出一个全新世气候变化的概念模型，来阐释全新世温度、亚洲季风强度突然变化的原因及相互关联的机制。提出不论是早全新世由超量的融冰洪水突然排入北大西洋引起的温度异常，还是晚全新世由太阳辐射减弱引起的温度异常，都可能触发赤道太平洋出现频繁严重的厄尔尼诺模态，并进而引发印度洋夏季风明显减弱，而东亚夏季风明显增强，从而揭示地球系统对太阳活动等驱动因素的较全面的响应关系。该成果一方面为深入探索它们的动力学机制提供了基础；另一方面，由于不同季风区降雨的多少及变率直接控制区域水资源的数量和分布，直接影响旱涝灾害发生的强度，频率和分布，对居民生活有直接重大影响，因而上述发现是制定区域可持续发展规划，以及研究季风活动对人类经济和文化发展影响的重要基础资料。

关于亚洲季风的演变历史，与地球高北纬度区域气候的关系，以及关于季风对全球变化响应机制的学术思想，在国家基金委组织的项目验收评议会上获得好评，总体评价为优。

这些成果也被发表在权威刊物上的论文引用和证实：

2007年1月A.M. Lézine等人发表在Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology 杂志首页关于印度洋夏季风的一篇论文中指出：“我们证明，由海洋浮冰记录的全新世突然气候变化现象(Bond et al., 1997)通过一系列干相沉积物也被记录在南部阿拉伯区域，从而证实了根据邻近海洋(Gupta et al., 2003)和根据中国陆地泥炭记录(Hong et al., 2003)对印度季风的重建结果。”

在分析这种同步性的原因时，Lézine等人指出：“印度洋夏季风的陆地和海洋记录与北大西洋变冷事件之间的同步性，突显了全球气候系统对热带短期降雨变化的控制作用。在一篇最近的论文中，洪等人(2005)根据类厄尔尼诺状态，进一步分析了北大西洋浮冰事件，弱的印度洋季风，强的东亚季风之间紧密对应所表现的这种遥相关系。”

2006年3月，瑞士皇家气象研究所发表了由气候，太阳物理，及地质学领域的三位著名学者撰写的研究报告，编号为500102001。该报告在论述不同季风系统间的相位关系及其机理时，引述了我们关于东亚夏季风与印度洋夏季风强度的反相变化及其与厄尔尼诺及太阳活动变化关系的学术思想。报告说，“非洲-亚洲季风系统间的相位关系现在还不清楚。已有研究认为，厄尔尼诺/南方涛动信号导致了印度和东亚季风间的反相变化(Hong et al., 2005)。其它一些对东非季风(Verschuren et al., 2000; Lamb et al., 2003; Stager et al., 2005)和中国季风的研究(Hong et al., 2001; Tan et al., 2003,2004)，报导了与印度季风相反的更普遍的响应。”

上述成果促进了泥炭环境同位素地球化学领域的广泛开展，西方国家的若干大学，例如现在已知的有: 加拿大卡琳顿大学，英国阿伯丁大学，帝国理工学院，英国自然历史博物馆，德国格吕斯沃德大学，日本国立环境研究所等科研单位，继本项目之后，都先后开始了对泥炭同位素代用气候指标的基础研究和应用研究，他们或派人到本项目工作过的红原、哈尼泥炭地调查取样，或来信索要工作方法或资料。2009年11月，美国、英国等西方学者要在PAGES news上组织一期关于泥炭研究的专辑，特来信邀请本项目组写关于泥炭纤维素同位素与全新世气候变化的论文。

总之，关于“泥炭纤维素同位素记录的全新世季风和温度变化及对全球变化的响应”方面的研究水平，已处于国际先进水平，并产生较大国际影响。

2、石笋，钙华和湖泊沉积物气候代用指标研究

（1）近十来年石笋同位素气候代用指标引起了愈来愈大的关注，随着工作的开展，国内外的科学工作者都发现，一些石笋氧同位素所指示的中国全新世气候变化与黄土、泥炭、湖泊沉积物代用指标所指示的气候变化不一致 (B.A. Maher et al., 2006, The Holocene；谭明, 2009, 第四纪研究)，在中国大陆中部几个洞穴石笋氧同位素所指示的气候变化之间也有较大差异 (L. Tan et al., 2009, Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology)。人们正从多个方面探究原因。我们着重从洞穴动力学过程对石笋同位素组成的影响这一基础问题开展研究，并获得以下成果：

l       通过对珠江流域4个不同植被覆盖条件的洞穴系统的土壤水和洞穴滴水的碳、氧同位素，溶解有机碳，及水化学的实测研究，证明洞穴系统中稳定同位素的演化是一个相当复杂的过程。发现洞穴滴水的溶解有机碳和荧光强度有季节性变化，以每年4－6月为最强，并与洞穴上覆植被条件成正相关；降雨对滴水的氧同位素组成存在着明显的控制作用，存在着一致的季节变化特征；蒸发作用对氧同位素信号的传递存在着不大于2‰的影响作用；植被条件对洞穴滴水的碳同位素信号起主导控制作用，δ¹³C值明显受降雨稀释效应、水动力过程、方解石溶解/沉积作用、及CO₂逃逸等因素的影响。因此，利用洞穴石笋的氧、碳同位素组成来恢复和重建高分辨率的古气候和古生态环境时，需注意各影响因素对其信号传递的影响。

l       由于洞穴系统是否处于同位素平衡状态对石笋同位素用作气候代用指标的可靠性起着至关重要的作用，因此，我们监测研究了碳酸盐次生化学沉积物气候代用指标形成的地球化学动力学过程，并从理论上分析了38年前Hendy提出的判别石笋是否适宜用作古气候指标的准则的局限性，提出用重现性检验，即洞穴中两个或更多的石笋是否具有相同的同位素记录，来评估石笋是否是在同位素平衡条件下沉积的，从而为从石笋中提取可靠的全新世气候变化信息奠定坚实基础。

上述研究成果发表在地球化学和洞穴岩溶学国际期刊Journal of Cave and Karst Studies, Environmental Earth Sciences, Chinese Science Bulletin等地学期刊上。

审稿专家对上述成果给予了高的评价，认为上述研究成果对于目前欣欣向荣的石笋古气候研究来说，是特别及时和富有创见的。

（2）钙华也是一种连续沉积，且有纹层的次生碳酸盐，是一种有潜力的全新世气候档案，国内外都正在努力开拓。我们通过云南白水台现场水化学人工和自动化监测、室内水和钙华样品的地球化学和碳氧同位素测试分析，对内生成因钙华地球化学及其古气候环境意义进行了较全面、深入的系统研究，取得如下重要发现和新认识：

l       云南白水台钙华属于内生成因类钙华，即岩溶作用初始侵蚀动力CO₂主要来源于深部碳酸盐岩变质作用产生的CO₂和幔源CO₂，而非大气或土壤生物成因CO₂。由于系统的CO₂主要来源于地球内生作用，所以钙华中的碳除了含有通常人们熟悉的碳酸盐岩来的“死碳”外，还存在人们很少关注的来自地球内生作用(变质作用和幔源作用)CO₂的“死碳”。由此，提出了“对于内生成因类钙华是不宜用¹⁴C测年方法进行测年”的新认识。在利用类似内生成因类碳酸盐沉积物(包括石笋和钙华等)的d¹³C进行古植被重建时必须考虑内生CO₂(通常富集¹³C)和¹²CO₂自水中快速逸出导致的钙华¹³C富集问题。

l       白水台内生钙华微层厚度与降雨量成负相关，而非正相关。这一发现与通常认为的表生钙华微层厚度与降雨量成正相关恰好相反。我们把这归结为白水台深部岩溶系统水化学的稀释效应。因此，与一般表层岩溶系统钙华微层愈厚反映雨量愈大不同，白水台深部系统钙华微层厚度愈大则反映降雨量愈少。由此可见，钙华厚度反映降雨量的情况应根据不同地点，并区分表层系统和深部系统作具体分析，不宜一概而论。

l       对应于干季形成的白色厚微层，都有明显的d¹³C和d¹⁸O峰值，而对应于雨季形成的暗色薄微层，都有明显的d¹³C和d¹⁸O低谷，反映了雨水对深部系统d¹³C和d¹⁸O的稀释效应。由此可见，钙华的d¹³C和d¹⁸O可用来重建本地区的干旱和洪水情况。

相关成果主要发表在Geochimica et Cosmochimica Acta, Aquatic Geochemistry和Journal of Hydrology等国际地球科学期刊上。

（3）对从湖泊沉积物中提取古气候信息进行了新的探索。湖泊沉积物在地球表面有广泛分布，是蕴藏全新世气候变化信息的重要档案之一。近年来我们着重从环境地球化学的角度从中开拓新的气候代用指标，获得如下成果：    

l       介形虫Li/Ca比值研究。从青海湖沉积物中挑选出单一介形虫种属胖真星介（Eucypris inflata），采用等离子体质谱（ICP－MS）测定其Li/Ca比值，获得了第一条约800年的湖泊沉积物柱芯单一种属介形虫Li/Ca比值变化曲线。研究结果表明介形虫Li/Ca比值与碳酸盐δ¹⁸O值呈正相关变化。由温度控制的湖区有效湿度（蒸发量/降雨量）变化和湖水盐度变化可能是导致Li/Ca比值与δ¹⁸O值呈正相关变化的主要原因。介形虫Li/Ca比值、δ¹⁸O与太阳辐射、大气放射性核素¹⁰Be含量所指示的太阳活动强弱也呈一致性变化，表明太阳活动是青海湖地区过去800年来气候变化的主要驱动因子。上述成果初步证明介形虫Li/Ca比值是一种新的有效的古环境代用指标，介形虫Li/Ca比值与氧同位素的对比研究可能为古气候定量/半定量重建提供新的途径。

l       硅藻硅同位素研究。从湖光岩玛珥湖沉积物柱芯中成功分离出硅藻样品，首次系统报导了湖泊沉积物柱芯硅藻硅同位素变化。研究结果表明，沉积物硅藻硅同位素与生物硅含量总体上呈正相关变化，硅藻硅同位素记录了湖泊水体溶解硅的利用比例，进一步可反应湖区气温变化。硅藻δ³⁰Si与已有气温记录的良好相关性证实硅藻硅同位素是一种有潜力的古温度代用指标，高的硅藻δ³⁰Si值指示了温暖期较高的水体溶解硅利用比例。在热带亚热带地区，由于雨水氧同位素明显受降水量影响，氧同位素不适于古温度重建，在该地区难以找到合适的古温度记录。本项研究表明，硅藻硅同位素是一种有潜力的古温度代用指标，可在热带亚热带地区古温度研究方面发挥重要作用。

上述研究成果已在The Holocene, Chemical Geology, Climate of the Past Discussions 等国际地球科学期刊上发表。