上新世-第四纪亚洲内陆干旱化过程——柴达木中部鸭湖剖面孢粉和盐类化学指标证据

亚洲内陆干旱区是与亚洲季风区密切关联的一个环境系统,其形成演化与青藏高原的隆起和全球变化等因素密切相关,揭示其干旱化过程和趋势具有重大的理论和现实意义。文章通过对亚洲内陆干旱区柴达木盆地中央鸭湖剖面孢粉和盐类化学指标的初步研究,表明5.3Ma时湖泊周围已分布着以蒿属、藜科、麻黄、禾本科等为主的草原,气候已经变干,由此期较高的氯离子、硫酸根离子及碳酸钙含量表明湖泊演化处于沉积碳酸盐和少量硫酸盐阶段;3.4Ma后草本植物含量略有增加,但离子含量普遍降低,推测气候季节性增强;2.6Ma后耐旱植物花粉含量与盐度指标均呈现明显长期增加趋势,气候快速向更干旱方向发展。     

上新世一第四纪亚洲内陆干旱化过程——柴达木中部鸭湖剖面孢粉和盐类化学指标证据

亚洲内陆干旱区是与亚洲季风区密切关联的一个环境系统,其形成演化与青藏高原的隆起和全球变化等因素密切相关,揭示其干旱化过程和趋势具有重大的理论和现实意义。文章通过对亚洲内陆干旱区柴达木盆地中央鸭湖剖面孢粉和盐类化学指标的初步研究,表明5．3Ma时湖泊周围已分布着以蒿属、藜科、麻黄、禾本科等为主的草原,气候已经变干,由此期较高的氯离子、硫酸根离子及碳酸钙含量表明湖泊演化处于沉积碳酸盐和少量硫酸盐阶段;3．4Ma后草本植物含量略有增加,但离子含量普遍降低,推测气候季节性增强;2．6Ma后耐旱植物花粉含量与盐度指标均呈现明显长期增加趋势,气候快速向更干旱方向发展。     

新近纪以来中国黄土高原的风尘记录

通过对黄土高原中部两个典型的风尘堆积序列的岩性和磁性地层研究 ,认为中国黄土高原风尘堆积的开始发育年龄至少约为 7.2 Ma B.P.。以红粘土和黄土—古土壤交互出现的风尘沉积 ,不仅真实地记录了东亚季风气候的形成演化 ,而且可能包含了青藏高原的阶段性隆升、北半球冰盖形成演化及大冰期发生等构造气候事件的印记。反映粉尘源区的干燥度及携带粉尘的大气环流强度的风尘沉积速率自 7.2 Ma B.P.开始、尤其是 4.5 Ma B.P.以来逐渐增大 ,似乎暗示了自新近纪以来亚洲内陆粉尘源区干旱化的逐级发展和东亚冬季风环流强度的逐渐增加     

宁夏清水河盆地晚更新世中晚期孢粉记录及古气候意义

亚洲内陆荒漠化和干旱化与中国西部人类生存环境和社会可持续发展密切相关。中国西部地区的气候自晚更新世以来经历了多次冷暖、干湿变化，研究其晚更新世古气候变化，有助于预测未来气候的变化趋势。文章分析了宁夏南部清水河盆地晚更新世中晚期的孢粉记录，结果显示孢粉序列可从下至上划分为4个组合带，反映了该地区晚更新世中晚期植被和气候变化规律。研究表明研究区晚更新世中期(75～50 ka B.P.)是植被以蒿属为主的干草原，气候温凉偏干；晚更新世晚期(25～15 ka B.P.)由荒漠草原-干草原和疏林草原交替出现逐渐过渡到荒漠草原，该时期冬季风呈现逐渐增强的趋势，致使气候逐渐变冷变干，气候类型由温凉偏湿过渡到冷干。宁夏南部清水河盆地晚更新世中晚期孢粉记录的深入研究对于正确认识黄土高原自然环境历史演变和黄土高原治理决策的制定具有重要指导意义。     

甘肃西峰赵家川黄土-红粘土剖面坡缕石分布及其古气候意义

自生坡缕石的形成可以指示着干旱、高蒸发量的环境。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射分析(XRD)对甘肃西峰赵家川红粘土剖面样品进行了系统研究。结果表明,坡缕石从2.04Ma开始广泛分布于整个红粘土剖面。坡缕石晶体在红粘土矿物碎屑中呈束状交织形态,其与周围矿物的接触关系说明是从古土壤溶液中直接结晶沉淀出来,因此是自生成因。赵家川剖面中坡缕石记录的信息与青藏高原隆升有着时代的耦合性,也与亚洲内陆干旱化有着密切的联系,佐证了青藏高原隆升对东亚季风的控制和风成堆积的重要控制,验证晚上新世黄土高原干旱化气候的开始,更新世干旱化进一步加剧。因此,坡缕石可以作为黄土高原干旱化气候的矿物学新指标。     

中中新世中亚构造抬升驱动气候干旱化：以塔里木盆地东南缘江尕勒萨伊剖面为例

中亚前陆盆地地层中氧同位素和孢粉,以及黄土高原和北太平洋粉尘记录均表明,中中新世(16~12 Ma)中亚地区气候干旱化显著增强。然而,对其驱动机制的认识不一,包括全球降温、中亚地区的构造抬升、高海拔的"原西藏高原"的存在、副特提斯洋的退缩以及上述几者联合作用的结果。不过,全球降温(约14 Ma)、"原西藏高原"的抬升(≥40 Ma)、以及副特提斯洋退缩的时间(34 Ma)与中中新世中亚气候干旱化增强的时间(16~12 Ma)不一致。因此,它们可能是导致中中新世中亚干旱化增强的重要边界条件,或者是有利的辅助条件,但没起直接的主导作用。对塔里木盆地东南缘江尕勒萨伊剖面的前期研究结果表明,阿尔金山快速抬升始于16 Ma。在获得了磁性地层年龄的基础上,前人的碳氧同位素数据指示了16 Ma江尕勒萨依地区气候干旱化逐渐增强。鉴于同时发生,笔者把16 Ma气候干旱化增强归因于此时阿尔金山的快速抬升。从更广范围看,中中新世中亚发生了广泛的的地壳缩短变形和造山运动。对中国黄土高原的红粘土以及北太平洋粉尘沉积的多指标分析(磁化率、粒径、粉尘通量以及物源等)表明,中中新世中亚构造抬升及其引起的雨影效应是中亚气候干旱化增强的主因。     

东昆仑山区更新世植被与环境变化的孢粉学证据

昆仑山垭口羌塘组和三岔河组的孢粉分析表明，羌塘高原的干旱环境在早更新世时已经确立，孢粉反映的古气候以干湿变化为主，冷暖变化不明显，可能与青藏高原隆起有关，在2～1.8 Ma BP，羌塘高原的古植被是以麻黄、藜科、蒿等为主的荒漠或草原荒漠植被，1.8～1.3 Ma BP气候变得比较温和稍湿，古植被演变成草原植被，在1～0.68 Ma BP，本区在构造抬升和冰期气候控制之下植被极不发育，0.68～0.65 Ma BP可能为一小间冰段，古植被为蒿、藜科、麻黄和众多草本植物组成的草原植被，羌塘组和三岔河组缺失650～350 ka BP的沉积，可能仍为荒漠植被，倒数第二次间冰期时期，在三岔河组的沟谷里可能生长着云、冷杉组成的暗针叶林、随的，古气温明显变干，针叶林消失，60 ka BP之后，气候进一步变干，古植被又演变成荒漠植被。     

甘肃临夏盆地新近纪红粘土粒度组成的古环境意义①

临夏盆地十里墩剖面新近纪红粘土粒度组成特征、磁化率值分析表明:8.2Ma以来,临夏盆地经历了干旱化的逐级发展和东亚冬季风的逐渐加强过程。8.2～7.4Ma,东亚冬季风形成,干旱化已经发生,风成红粘土开始在盆地沉积;7.4～6.8Ma,亚洲冬季风逐渐加强,开始影响黄土高原地区,形成大面积的红粘土堆积,盆地为半干旱～半湿润的气候环境;6.8～6.0Ma气候与构造稳定,基本维持了前期的气候特点;5.9～5.3Ma,盆地冬季风强度略有增加,为干湿与干凉交替的气候环境;5.3～4.8Ma盆地冬季风盛行、干旱化程度强烈,气候特征为干凉;4.8～4.0Ma,夏季风开始盛行,气候变的湿润。4.0Ma后,青藏高原开始发生又一次强烈隆升。     

晚中新世以来亚洲季风阶段性演化的海陆记录

本文在综合对比晚新生代以来中国黄土高原黄土一红粘土沉积、西北太平洋粉尘沉积、南海有孔虫、阿拉伯海有孔虫记录的基础上,探讨了大约8Ma以来亚洲季风的阶段性演化历史。结果发现,黄土高原粉尘沉积在8Ma前后大规模出现,在3．5Ma前后大幅增加;印度季风在8Ma前后形成(或显著加强);南海ODP1146站位浮游有孔虫Neoglcboquadrina丰度也有两次明显增加,表明海水表面温度不断降低和海洋生产力的增加,指示东亚冬季风作用增强。北太平洋()DP885／886钻孔风成粉尘通量也有增加,指示亚洲内陆进一步的干旱化和冬季风作用的增强。印度洋沉积通量在11Ma前后开始增加。在9～8Ma时出现峰值,表明喜马拉雅山和青藏高原南部逐渐隆起。当隆起达到足够高度时,导致亚洲内陆干旱气候带扩大,同时提供大量粉尘并向东传输到中国北方和北太平洋地区。青藏高原北缘山前盆地的沉积记录显示,在3．6Ma时,高原北部的进一步快速隆升过程可能影响到整个高原,从而导致亚洲内陆更加干旱化,东亚季风增强,粉尘沉积加快,南海及印度洋陆源沉积作用加剧。     

临夏盆地新生代沉积物高分辨率岩石磁学记录与亚洲内陆干旱化过程及原因

亚洲内陆干旱化是全球新生代大陆环境变化中最引人瞩目的重大事件,与新生代全球变冷和青藏高原隆升密切相关.文章通过对甘肃临夏盆地几乎连续的新生代沉积物系统岩石磁学性质研究,获取了高分辨率磁化率和非磁滞剩磁记录,揭示在29.0～8.6 Ma的漫长的以湖相粉砂岩和泥岩为主的渐新世晚期和中新世早、中期没有明显的长期变化,从8.6Ma开始持续增加,尤其从6.4Ma和5.3Ma开始表现出两次快速持续增加.同时,以8.6Ma为界磁性矿物相对含量发生明显变化,此前以赤铁矿为主,磁铁矿和磁赤铁矿次之,此后以磁铁矿和磁赤铁矿为主,赤铁矿次之,磁性矿物类型和性质类似于风成红粘土和黄土.因此,我们将这种沉积物中磁性矿物组合、性质和含量的长期变化解释为流域外风成物质的加入,指示我国西北内陆现代干旱气候可能从8.6Ma开始,7.4～6.4 Ma后急剧加速变干,5.3Ma后再次加速变干,并最终形成今天的干旱区的过程.9～8 Ma开始的青藏高原阶段性快速隆升和随后的全球变冷可能是驱动亚洲内陆干旱化进程的动力.     

晚中新世-上新世黄土高原佳县红粘土剖面碳同位素记录与C4植被演化

新生代C4植被开始扩张的年代、过程和驱动机制是全球古气候变化研究的焦点问题.中国黄土高原的黄土-红粘土剖面保存了连续的古生态演化记录,是研究这一关键科学问题的理想载体.本文选择黄土高原北部佳县厚达64m的红粘土剖面(8.2～2.7Ma),对190个层位的次生方解石矿物进行了无机碳同位素测试,由此分析了晚中新世-上新世末的C4植被扩张和演化过程.C4植被持续增长与全球冰盖的扩张基本一致,表明气候变冷很可能导致了黄土高原区域气候的干旱化与降雨季节性的增强.C4植被的扩张存在明显的3个阶段,分别以6.6Ma和3.6Ma为界限,每一次扩张增加10％左右,暗示了全球性的构造事件对黄土高原植被演化的控制.此外,佳县红粘土剖面呈现10次持续时间为10 ～ 20万年的碳同位素正漂移事件,平均每40万年发生一次,说明40万年轨道周期也控制着C4植被的演化.     

晚上新世-早更新世北太平洋和黄土高原的风尘沉积记录的初步对比

保存在陆地、海洋和冰芯中的风尘沉积物与粉尘源区的干旱化历史、过去大气环流模式及其强度的演化密切相关,因而,直接的海陆风尘记录对比一直是古气候研究中的热点.为了获得对亚洲粉尘源区的干旱化波动和东亚季风演化的全面认识,较高分辨率地提取了北太平洋ODP 885站深海沉积物中的风尘组分,进而估算了晚上新世-早更新世时段北太平洋中部的风尘通量变化.结果表明,亚洲内陆粉尘源区的干燥度具有大时间尺度的变化特征,在2.7Ma左右急剧增加,随后在2.7～1.5Ma时段逐渐减小,自1.5Ma开始又逐渐增加.此外,在2.7～0.9Ma时段,粉尘源区经历了多次显著的轨道时间尺度上的干湿波动.通过对北太平洋和黄土高原的风尘记录的直接对比,发现在距今约2.7Ma,东亚地区的古环境发生了显著的变动,表现为亚洲内陆干旱化的加剧和大幅度冬、夏季风环流的盛行.然而,自2.7Ma开始,尤其是1.5Ma以后,由于北太平洋和黄土高原与亚洲粉尘源区的距离不同,两地的风尘通量所揭示的干旱化趋势和变化幅度存有明显差异.北太平洋远离亚洲内陆,其风尘通量变化基本不受粉尘源区范围变化的影响,因而更能反映源区干燥度的变化.相反,黄土高原由于距离粉尘源区较近,风尘通量的变化可能同时受到粉尘源区干燥度和范围的变化以及携带粉尘的风动力强度变化的影响.显然,海洋和陆地古气候记录的直接对比,可为深入认识过去气候变化提供新的思路.     

湖北屈家岭遗址孢粉、炭屑记录与古文明发展*

湖北屈家岭遗址附近的河湖相沉积剖面及文化层的孢粉和炭屑分析表明,距今5400—4200年间,遗址周边地区分布有常绿阔叶和落叶阔叶林,大量的禾本科(Gramineae)和松属(Pinus)花粉及炭屑表明这一时期有强烈的人类活动,暖湿的气候条件为屈家岭文化和石家河文化发展奠定了基础。距今4200—2200年间,莎草科（Cyperaceae）花粉和水蕨(Ceratopteris)孢子的减少反映生境干旱化,遗址周边发育由蒿属（Artemisia）、藜科(Chenopodiaceae)、唐松草（Thalictrum）和蕨类植物组成的坡草丛;这种生境干旱化是由气候变干和强烈人类活动所致。伴随着生境日趋干旱化,屈家岭文化和石家河文化走向衰亡。距今2200年前,莎草科花粉和水蕨孢子含量增加表明这一时期遗址周围生境比较湿润,与此同时,大量的禾本科花粉及高浓度的炭屑指示着又一人类活动高潮期的到来。     

甘肃西峰6.2～2.4MaB.P.红粘土中孢粉记录及古植被演化

通过对甘肃西峰赵家川6.2～2.4MaB.P.红粘土地层的孢粉学研究,建立了3个孢粉组合带。孢粉组合特征显示该区在此阶段总体为干旱的草原环境,6.2～5.8MaB.P.为灌丛草原;5.8～4.2MaB.P.是稀疏森林草原,植被由大量中生性草本植物和少量喜湿性的乔木植物组成,反映当时气候相对湿润;4.2～2.4MaB.P.植被中旱生植物藜科和麻黄明显增多,反映典型草原-荒漠草原。分析认为研究区自6.2MaB.P.干旱草原环境的格局就已经形成。红粘土中孢粉记录的植被演化信息与青藏高原隆升有时代上的耦合性,也与北极冰盖的起源和演化历史有着密切的联系。     

华北平原小冰期以来干湿变化与人类活动特征

气候变化尤其干湿变化对人类活动具有重要影响,高分辨率地重建过去的干湿变化是研究区域干湿变化的基础,同时也为未来气候变化提供依据。目前针对华北地区小冰期高分辨率的气候变化研究还较少,特别是干湿变化研究更少。本研究在3个AMS-14C测年的基础上,通过99个样品的孢粉、炭屑、粒度等指标高分辨率地重建了该地区小冰期以来的气候干湿变化特征及与人类活动强度的关系。结果表明:小冰期之前(约1340 A.D.)乔木花粉含量多在25%以上,指示流域植被以森林草地景观为主,沉积物颗粒较粗,沉积环境不稳定,气候较为湿润。小冰期期间(1340~1920 A.D.)乔木花粉多降低至15%以下,喜干的藜科、荨麻属和葎草属花粉含量明显增加,指示气候整体变干,但不同阶段变干程度又存在明显差异:小冰期早期(1340~1580 A.D.)孢粉组合中喜干的藜科花粉含量逐渐增加,湿生植物花粉含量减少,PCA axis 1得分值多在0~1之间,显示气候偏干。该时期与人类活动有关的炭屑浓度、农作物(禾本科≥35μm)花粉和磷(P)含量均最低,说明小冰期早期研究区人类活动强度相对较弱;小冰期中期(1580~1800 A.D.)喜干的藜科、荨麻属和葎草属花粉含量达到最高值,PCA axis 1得分值较小冰期早期更正偏,指示气候更为干旱。炭屑浓度、伴人植物、磷(P)含量和农作物(禾本科≥35μm)花粉均达最高值,指示人类活动强度明显增强;小冰期晚期(1800~1920 A.D.)湿生的禾本科和水生植物狐尾藻属等花粉含量达到最高值,PCA axis 1得分值负偏,指示气候变湿润。该阶段农作物(禾本科≥35μm)花粉、炭屑浓度和磷(P)含量较上一时期均略有降低,表明人类活动强度较小冰期中期略有降低。小冰期以后(1920年至今)喜湿的禾本科和水生植物狐尾藻属花粉含量减少,与小冰期晚期相比,气候向着干旱化方向发展.     

3Ma以来黄土高原朝那黄土-红粘土序列赤铁矿记录及其古气候意义

土壤和前期研究表明黄土-红粘土序列的赤铁矿含量与环境密切相关,对气候的干湿变化非常敏感,气候越湿热,赤铁矿含量越高.本文研究表明黄土-红粘土样品漫反射光谱一阶导数曲线在555～575nm间的峰面积作为赤铁矿指数可以客观有效地指示赤铁矿含量的高低.通过黄土高原朝那剖面红粘土-黄土序列的系统漫反射光谱分析,建立了3Ma以来黄土高原赤铁矿含量变化记录,揭示赤铁矿含量在约2.5Ma,1.5Ma,0.6Ma和0.15Ma显著阶段性减小,指示了黄土高原阶段性变冷干的演化历史.     

晚新生代亚洲干旱气候发展与全球变冷联系的风尘沉积证据

在干旱气候背景下常常有风尘物质的释放和传输,风尘沉积被认为是干旱环境变化良好的地质记录。在亚洲中部和中国北方,大面积的干旱区被沙漠戈壁覆盖,这些地区是粉尘物质的重要源地,释放的风尘物质影响局地和区域环境,并通过参与生物地球化学循环等影响更大空间尺度的气候变化。因此,亚洲中部干旱气候的形成和演化以及发展趋势一直受到重视。长期以来,关于晚新生代亚洲中部干旱气候发展的驱动机制至少有两种解释:一是青藏高原的隆升控制着亚洲中部的干旱化过程,随着高原的阶段性隆升亚洲干旱气候逐步增强;二是晚新生代全球变冷直接驱动着亚洲变干,全球变冷是主导因素。中国黄土高原及其周边地区堆积的黄土-红粘土序列是指示亚洲干旱化过程良好的地质记录,通过对新获得的风尘堆积记录的分析,发现在晚新生代中国风尘堆积的时空演化与全球变冷有较好的对应,全球变冷可以促使亚洲中部干旱气候发展并加强粉尘活动,而青藏高原隆升的幅度和时间还不清楚,进而认为是全球变冷而不是青藏高原隆升直接驱动亚洲内陆的阶段性变干。基于这些结果,我们认为以前关于青藏高原隆升影响全球气候的结论可能高估了青藏高原在地球环境演化中的作用,关于高原隆升直接驱动亚洲干旱化的结论还需要检验。     

中更新世以来华北平原植被演化及其气候响应

中更新世以来气候转型与陆地植被生态系统演变是近年来全球变化研究领域关注的热点问题。基于华北平原东部G3孔上部的孢粉分析结果、磁性地层年代,对中更新世以来华北平原植被演化及其气候响应过程进行研究。结果显示华北平原地区近1.6Ma以来植被演化可分为4个阶段:1.6~1.2Ma为密度较高的暖温带针阔叶混交林,1.2~0.7Ma为开阔的暖温带落叶阔叶林,0.7~0.3Ma为阔叶疏林草原,0.3Ma以来为暖温带落叶阔叶林。华北平原地区中更新世植被转型期对应O同位素36阶段,显示转型开始发生于1.2Ma,与全球中更新世转型期对应良好。其主要特征表现为林地减少,针叶林比例下降,藜科、蒿属、禾本科等草地面积显著增加。0.7Ma前后华北平原林地进一步退化,区域植被由原来的落叶阔叶林向疏林草原转变,0.3Ma后区域乔木比例可能有所回升。周期性气候变化对植被的影响在花粉谱中也有一定显示,1.2Ma之前主要表现为植被林地类型的交替发展,而1.2Ma则主要表现为草原与森林交替发展。     

黄土高原东部(山西阳曲)1.2Ma以来黄土记录的两次显著干旱化事件

重建第四纪时期亚洲内陆干旱过程和沙漠的扩张历史对于我们了解东亚冬季风演变具有重要意义.然而目前对于黄土高原的干旱过程的研究主要聚焦于吕梁山以西的黄土地区,对于其东部还缺乏相应研究.为此,我们对吕梁山东部约1.2 Ma以来的阳曲黄土剖面进行了磁化率和元素含量测试,结果显示阳曲地区在1.2 Ma以来经历了两次明显的干旱事件.第一次干旱化事件发生在0.94 Ma,表现为Si、Fe百分含量和Rb/Sr比值显著减小而Ca含量明显增加,这次事件可能主要与大气CO₂浓度下降导致全球冰量增加,特别是北半球冰盖扩张相关.第二次事件发生在0.31 Ma左右,Rb/Sr比值显著下降,Ca含量显著增高,这次事件可能是由于忻定古湖裂解引起区域干旱增强所致.      

六盘山东西两侧红粘土沉积起源年代差异原因初探

红粘土被认为类似于黄土,也是风成沉积。六盘山东侧红粘土底部沉积年龄主要集中于8Ma左右,而西侧底部最老沉积年龄主要在25~22Ma。通过综合分析红粘土的物源,青藏高原的隆升以及亚洲内陆干旱原因等方面认为:1亚洲内陆晚渐新世—早中新世的干旱主要是青藏高原的隆升阻挡了西南气流的深入和副特提斯海向西退出造成下风向区水汽来源减少而形成。2六盘山以西红粘土的沉积主要是在西风绕流和狭管效应作用下形成。以东没有沉积底界年龄为25~22Ma的红粘土可能是那个时间段冬季风势力较弱,且受沿途山脉以及山地地区西风的阻挡,所以无法携带风尘沉积物在六盘山以东沉积。8Ma左右红粘土在六盘山以东的沉积说明冬季风势力增强,穿过了西风在山地地区的阻挡形成之。38Ma左右冬季风穿过西风在山地的阻挡携带红粘土到六盘山以东,说明蒙古西伯利亚高压已经大大增强,当时的沉积范围已与现在相当,显示环流系统接近现在的特征。同时根据青藏高原与蒙古西伯利亚高压的关系,结合青藏高原构造运动证据,8Ma左右青藏高原的强烈隆升可能对亚洲季风的演化具有重要的意义。