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末次冰盛期后，全球气候逐渐变暖，在早全新世期，气候敏感，波动频繁，而该时期两极冰量和气候都跟现代相似，因此研究早全新世气候变化特征及机制对未来气候变化研究具有重要意义。长江中游和尚洞位于东亚季风敏感地区，洞内石笋由于其生长连续具高分辨率记录条件，是研究早全新世气候特征的良好载体之一。
和尚洞所处的清江流域，受亚洲季风影响，根据“环流效应”，和尚洞石笋氧同位素具有记录短尺度(年代-世纪尺度)变化的气候学意义。
石笋除了高分辨率的稳定同位素外，还含有丰富的粘土矿物、磁性矿物和生物标志物。粘土矿物中母质/风化物的比值，磁性矿物参数和生物标志物中的脂肪酸都可以指示气候环境的变化，已经在一些沉积物中得到成功应用。将粘土矿物、磁性矿物和生物标志物引入石笋的早全新世气候变化的研究目前开展较少。本文通过石笋地球化学指标、地球物理学指标和生物学指标综合分析早全新世气候变化，力图从不同的角度提供长江中游气候演化特征。
本文根据湖北清江和尚洞HS4石笋的3个U系加密定年数据、123个氧同位素测试数据、19个磁性参数测试数据、11个X衍射测试数据和11个石笋类脂物数据，建立了早全新世7.9-8.8ka BP时期平均分辨率为7年的石笋时间序列记录，揭示了早全新世气候变化特征及驱动因素，得出以下主要结论：
(1)HS4石笋δ18O值在7.9-8.8KaBP记录了5次氧同位素波动，这周期性波动的幅度和频度相当，呈现百年尺度周期性振荡特征，表现为早全新世向中全新世大暖期转变的气候不稳定性。其中8.3ka.B.P时期的变化幅度最大，与北半球劳伦冰盖上Agassiz-Ojibway阻塞湖的突然排泄时间吻合，证明了高纬8.2ka BP冷事件在中低纬的和尚洞石笋中亦有记录。HS4氧同位素记录的8.2ka BP冷事件在长江中游不是一次事件，而是表现出明显的2次气候波动，这与北大西洋高分辨率气候载体记录一致。在8.6-8.8ka BP期间，HS4石笋氧同位素同样记录有降温事件，这一记录与神农架石笋相同。
(2)HS4石笋磁化率值也呈现出明显的周期性变化。其中8.48ka.B.P.、8.32ka.B.P的和8.14ka.B.P时期的低值对应氧同位素8.5ka BP-8.0ka BP时期三次周期性气候变化过程。长石/伊利石比值在8.5ka.B.P.、8.3ka.B.P的和8.1ka.B.P左右分别出现明显偏低的现象，表明在较短时间尺度上，该段石笋的磁化率变化特征能够指示研究区域的气候变化，且气候干冷时，磁化率值较低，反之则较高。长石/伊利石比值与磁化率值--对应，说明风化强度对石笋磁化率的重要影响。在8.0-8.8ka BP期间，通过对石笋磁化率、XARM/SIRM比值、XARM/X比值和ARM/X比值得出磁性矿物含量和粒度大小变化的对应关系，间接反映了洞穴滴水水动力大小的变化，为分离降雨量和温度信息提供了可能。
(3)通过对石笋中“键合态”的脂肪酸和3-羟基脂肪酸研究发现：3-羟基酸是革兰氏阴细菌的生物标志物，其变化主要受温度的控制。其主峰碳数在整个降温过程中以C143-羟基酸为主峰，而在降温事件两端相对较暖的时期以C163-羟基酸为主峰，即C143-羟基酸为主峰可能代表着相对冷期，而C163-羟基酸代表相对温暖的时期；3-羟基酸的总量也可以反映革兰氏阴细菌的量，气候的波动变化异常，可能是革兰氏阴细菌对环境的响应；异构和反异构的C173-羟基酸是硫酸盐还原菌的生物标志物，其含量同样显示出8.8ka BP-8.0kaBP时期温度的波动。
(4)太阳活动性强度变化与HS4石笋记录的气候波动呈现一一对应的关系。在7.9-8.0ka BP期间，大气残留△14C记录的5个上升峰与石笋δ18O记录的5个δ18O下降峰相对应。说明太阳活动强度是该周期性波动的重要驱动因素之一。8.8ka BP-8.0ka BP时期气候是不稳定的状态，其波动不是一次降温过程，而是存在着百年尺度的周期性变化，而“8200事件”也许只是该周期性变化中的一个。
对洞穴石笋的多指标综合研究发现，石笋磁化率值大小主要受洞穴滴水水动力条件、地表土壤风化强度和成岩作用影响。当东亚夏季风盛行时，气候暖湿，地表降水较强，洞穴滴水水动力大，地表土壤风化强度增强，石笋磁化率值会相应变大，反之亦然。磁性参数XARM/SIRM比值、XARM/X比值和XARM/SIRM比值能够通过指示磁性颗粒大小而间接反映洞穴滴水水动力大小，而石笋长石/伊利石比值的变化可以来指示地表风化强度。对这三类指标的综合分析可以印证石笋磁化率对气候环境的正确响应。因此石笋磁性参数可以通过洞穴滴水水动力大小的变化间接反映降雨量。石笋中具有特定生源意义的生物标志化合物如3-羟基酸是键合态存在的。这些生物标志物主要是由微生物贡献，温度对微生物影响很大。微生物细胞膜中的磷脂脂肪酸的不饱和度是随着温度降低而逐渐升高的，因此，相对较高的不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比值的出现是气候较冷的表现。3-羟基脂肪酸是革兰氏阴细菌的生物标志物，根据3-羟基脂肪酸主峰碳数的变化可以知道细菌种类的变化，根据含量可以计算革兰氏阴细菌的量，从而可以判断降温事件变化时的温度变化，因此可以通过石笋生物标志物的细菌量变化来反映环境温度变化。
东亚夏季风百年-千年尺度气候的变化受太阳活动驱动，短时间尺度下的气候变化与太阳活动周期基本一致。太阳活动减弱的时期与气候变冷具有良好的对应关系。通过对石笋记录的气候变化与太阳活动性变化对比研究发现，HS4石笋记录在短时间尺度下的气候变化与太阳活动周期基本一致，相对减弱的太阳活动或太阳辐射可能是全新世冰后期气候突变事件的主要驱动机制。