末次间冰期以来沙漠-黄土边界带移动与气候变化

位于现代季风区边缘的沙漠－黄土边界带，具有高度不稳定性。末次间冰期以来历经多次北进南退移动和暖湿、冷干变化。依据古风成砂－黄土－古土壤叠覆更替的沉积序列和磁化率等气候代用指标分析，对末次间冰期以来，尤其是特征时期边界带的位置进行了讨论。其中，盛冰期时移动幅度最大，南界可能达３０°Ｎ左右；末次间冰期和全新世气候鼎盛期最靠西北，南界在古长城以北。全球冰期－间冰期波动导致的气候变化以及东亚冬夏季风强弱变化是控制边界带移动和气候变化的根本因素。     

末次间冰期以来沙漠－黄土边界带的环境演变

沙漠－黄土边界带地处东亚季风边缘，这一地区的风成沉积即古风成砂－黄土－古土壤序列很好地反映了东亚季风环流的演变历史。末次间冰期的沉积(Ｓ１)由三层古土壤和夹于其间的两层黄土组成，可与深海氧同位素阶段５的五个亚阶段(ａ－ｅ)则很好对比。末次冰期的沉积(Ｌ１)由三层古风成砂和夹于其间的两层黄土构成，由此反映了与上述三层古风成砂对应的阶段２、阶段４及阶段３的中期是沙漠－黄土边界带冬季风活动加剧、沙漠扩大的时期。全新世的沉积是由一层草原上(Ｓ０)和其上的流沙组成，但这层流沙是在最近两千年来不合理的人类活动和当地特定风场条件的共同作用下形成，已不具备明显的气候指示意义。     

末次间冰期以来沙漠－黄土边界带的环境演变

沙漠－黄土边界带地处东亚季风边缘，这一地区的风成沉积即古风成砂－黄土－古土壤序列很好地反映了东亚季风环流的演变历史。末次间冰期的沉积（Ｓ１）由三层古土壤和夹于其间的两层黄土组成，可与深海氧同位素阶段５的五个亚阶段（ａ－ｅ）则很好对比。末次冰期的沉积（Ｌ１）由三层古风成砂和夹于其间的两层黄土构成，由此反映了与上述三层古风成砂对应的阶段２、阶段４及阶段３的中期是沙漠－黄土边界带冬季风活动加剧、沙漠扩大的时期。全新世的沉积是由一层草原上（Ｓ０）和其上的流沙组成，但这层流沙是在最近两千年来不合理的人类活动和当地特定风场条件的共同作用下形成，已不具备明显的气候指示意义。     

中国东部沙区的荒漠化过程与起因

历史时期中国东部沙区的荒漠化是在自然与人为因素共同作用下实现的,但是不合理的人类活动才是导致荒漠化发生、发展的决定因素。对毛乌素沙地而言,其腹地的荒漠化主要是全新世湖沼层在人类活动参与下被破坏而使未次冰期的古风成砂翻新的结果;而在毛乌素沙地与黄土高原交接带(即沙漠－黄土边界带),荒漠化过程要复杂得多,除了人为因素起决定性作用外,流水侵蚀、风力吹蚀及重力崩塌也共同参与在使古风成砂翻新的荒漠化过程之中。在沙漠－黄土边界带,历史时期荒漠化主要与末次盛冰期、末次冰期阶段3中期及阶段4时期的古风成砂被翻新有关,更老的古风成砂由于埋藏较深、受人类活动影响较小因而不是历史时期荒漠化的主要沙源。     

近13万年来黄土高原干湿气候的时空变迁

第四纪时期，黄土高原粉尘物质的搬运、沉积及其后的成土过程受控于干湿气候的变化。对黄土高原这一特定地区而言，风成沉积序列在地域上的差异主要与东亚地区的季风环流在时间和空间上的变化有关。本文的研究揭示出，近１３万年里，最为显著的成壤期有６期，与这６个成壤期对应的时段也应当是夏季风环流加强、气候温湿的时期；在空间上，全新世适宜期及末次间冰期中与深海氧同位素阶段５ａ，５ｃ，５ｅ对应的时期，夏季风足可以深入到毛乌素沙漠腹地，并具有占优势的环境效应。在阶段３的早、晚期及５ｂ时期夏季风虽然也能深入沙漠－黄土边界带，但其环境效应在黄土高原北部及毛乌素沙漠南缘已不再显著。在阶段２、阶段４及阶段３的中期夏季风已不能深入沙漠－黄土边界带。     

中国季风沙区晚更新世以来环境及其变化

本文以对毛乌素沙漠萨拉乌苏河流域米浪沟湾地层剖面晚更新世－全新世砂丘与河湖相、古土壤互为叠覆的高分辨率的气候地层记录的认识出发，同时基于对中国北方现代冬春季节风沙、尘霾活动发生的区域性气候－地质过程的理解，将今释古，反演了该时期中国季风区沙漠沙地曾经历的27个沙漠扩缩的周期性变化，并认为该剖面风砂沉积是过去地质时代季风沙区乃至整个中国沙区类似由现代这种冬春季西伯利亚－蒙古反气旋风系好冬季风向南伸展导致的若干风沙风尘动态过程的结果，而河湖相和古土壤的发育则主要与季风沙区受惠于东亚夏季风的影响有关。     

近年来中国第四纪研究与全球变化

多种多样的第四纪沉积物广泛分布于中国的陆地和海洋，黄土、沙漠、红土、湖泊、岩溶、冰川以及悠久的历史文化，有着丰富的气候环境演变信息，全球在第四纪时期发生的各种变化，出现的各种事件几乎都可以在中国找到记录。青藏高原的隆升对周边乃至全球的环境演变有着重要影响。中国是进行全球变化研究的重要地区。     

末次盛冰期和全新世大暖期新疆地区沙漠边界移动初探

位于新疆地区的塔克拉玛干沙漠、库姆塔格沙漠和古尔班通古特沙漠是我国沙漠的重要组成部分,它们在末次盛冰期以来的空间变化受气候影响[1-3].本文基于野外观察分析,结合实测数据和前人的研究资料,尝试重建这3个沙漠在末次盛冰期(LGM)和全新世大暖期(HO)的空间变化.沙漠边界内外有确定测年的晚第四纪沉积,尤其是含有风成沙、黄土的沉积序列,是指示沙漠扩张和收缩的重要标志[1-4].可以认为,在现代沙漠边界外围LGM时期的风成沙往往是沙漠扩张的证据;在现代边界内HO时期的黄土堆积往往揭示了沙漠收缩与沙丘固定.     

毛乌素沙地晚第四纪地层特征与沙漠化研究综述

毛乌素沙地保存着晚第四纪以来的多种沉积序列,记录了过去数十万年以来的古气候变化信息。其在地层发育上过渡性明显,以神木、榆林、横山、靖边及定边一线的沙漠-黄土边界带最为典型,主要有风成沉积和河湖相沉积2种类型,其中古风成砂是这2类沉积剖面的典型地层特征。随着地层记录、精确测年技术等现代沉积学方法的进步以及与历史地理、环境考古、遥感技术相结合的综合研究,晚第四纪以来毛乌素沙地的沙漠演变研究精度不断提高,毛乌素沙地进退在不同的时空尺度下与冷暖期的多旋回变化相适应,经历了沙丘固定与活化的多次转变。毛乌素沙地沙漠化研究在指标运用上多直接沿用黄土区的环境代用指标,有必要建立适合沙漠-黄土过渡地区的环境代用指标,且将气候环境物理替代性指标与元素地球化学以及生物学指标相结合。毛乌素沙地内部沉积速率快、受人类活动干扰较小的湖泊沉积物,对于提高沉积物的分辨率、恢复短时间尺度的环境变化过程也具有显著优势。     

沙尘暴形成史初步研究——中国沙漠几个典型地质学记录的实证

以位于沙漠黄土边界带的榆林、阿羌和米浪沟湾地层剖面为典型例证 ,讨论了 110 0kaBP以来中国沙漠沙尘暴的形成、发展和演化过程。提出在过去的 110 0ka中该区总共记录了 4 2个沙尘暴时期 ,并与 4 1个间沙尘暴时期构成比较连续且交替进行的一系列沉积演化历史。其中 ,最强烈的沙暴期发生时间大致在 6 2 0kaBP和 6 80kaBP前后 ,最温暖的间沙尘暴期出现在 5 90～ 5 0 0kaBP和15 0～ 70kaBP。研究认为 ,110 0kaBP以来因沙尘暴期与间沙尘暴期交替出现而形成的沉积旋回 ,是自那时以来在冰期、间冰期气候波动影响下冬夏古代季风相互对峙、交替演化形成气候旋回的结果     

The effects of the last glacial paleo-aeolian sands on desertification in northern China

In this paper, nine sediment sequences in the inner desert, desert-loess transitional zone (agro-pastoral transitional zone) and the northern margin of the Loess Plateau were investigated to study the sediments of Mu Us (Maowusu) and Otindaq (Hunshandake) sandy land in northern China since the last glaciation. All of these sequences consisted of the upper Holocene dark paleosol and the lower aeolian sand formed during the last glacial stage. The Mu Us and Otindaq sandy land became the active desert since the last glaciation and covered a larger sandy area than at present. Mu Us sandy land began to show a landform of sandy desert and expanded southward towards the northern boundaries of the Loess Plateau. The Holocene was characterized by the advent of warmer and wetter climatic conditions in northern China, resulting in the rapid growth of surface vegetation and Mu Us and Otindaq sandy land became a steppe. The thickness of surface soil reached up to as much as 50–80 cm. Thick paleosol covered the drift sands, and served as a protective layer for the steppe and farmland. Although the last glacial cycle is far away, paleo-aeolian sands formed during that period are still the material sources of regional desertification. Unreasonable cultivation destroying the Holocene paleosol, combined with dry climate and strong wind would result in activation of paleo- aeolian sand leading to the desertification of the study areas.     

石英光释光测年揭示的晚第四纪毛乌素沙地演化

本研究利用石英光释光测年的单片再生法(Single­aliquot Regenerative­dose Protocol,简称SAR)对毛乌素沙地内部西北－东南方向5个风成砂－砂质古土壤剖面进行了年代测定,结合年代框架和剖面沉积相、磁化率及粒度特征探讨了晚第四纪以来毛乌素沙地演化和气候变化。研究表明毛乌素沙地在晚第四纪以来经历了多次沙地固定与活化的交替演化： 距今91.0ka,71.0ka,48.0ka,22.0ka,11.6ka,5.0ka,1.1ka,1.0ka和0.4ka前后风成砂沉积,沙地活化,指示气候干旱,植被覆盖度低; 在距今65ka和全新世适宜期(8.5～5.0ka),沙地固定成壤,砂质古土壤发育,指示气候湿润。另外,剖面中风成砂层数变多、厚度增加、粒径变粗指示了晚第四纪以来毛乌素沙地干旱化趋势加强。     

基于碎屑锆石的黄土高原—毛乌素交界区石峁黄土粉尘物源估算*

对于黄土高原粉尘物质的来源以及沙漠和河流对粉尘的贡献,仍未达成一致的认识。本研究以毛乌素东神木市石峁剖面为研究对象,利用碎屑锆石年龄谱,对末次冰消期以来的风成粉尘堆积和河流沉积物展开源区分析,并使用逆蒙特卡罗模型进行物源的定量计算。结果显示,粒径分布和阴极发光(CL)图像显示石峁黄土为典型风成沉积。其粗颗粒碎屑锆石(>40 μm)年龄峰值集中在190~300 Ma、300~600 Ma、1700~1900 Ma和2300~2600 Ma,年龄谱显示近源(局地基岩碎屑)、中源(黄河河沙)和远源(阿拉善地区沙漠)均有贡献; 定量计算表明,三者分别贡献71%、21%和8%的风成粗颗粒。中、近源中,黄河及其支流侵蚀基岩后搬运沉积的漫滩物质成为粉尘输移的中转站,为黄土的形成提供了主要的物源。光释光测年结果表明,石峁剖面河流沉积物及其上覆的黄土物质分别形成于倒数第2次冰消期和末次冰消期,两者之间的沉积间断可能指示了末次冰期至冰消期的侵蚀事件,导致了河滩物质暴露,从而形成了潜在的局地尘源。这些结果表明,包括黄河干支流在内的河流系统对黄土粉尘有重要的物源贡献。     

基于碎屑锆石的黄土高原—毛乌素交界区石峁黄土粉尘物源估算*

对于黄土高原粉尘物质的来源以及沙漠和河流对粉尘的贡献,仍未达成一致的认识。本研究以毛乌素东神木市石峁剖面为研究对象,利用碎屑锆石年龄谱,对末次冰消期以来的风成粉尘堆积和河流沉积物展开源区分析,并使用逆蒙特卡罗模型进行物源的定量计算。结果显示,粒径分布和阴极发光(CL)图像显示石峁黄土为典型风成沉积。其粗颗粒碎屑锆石(>40 μm)年龄峰值集中在190~300 Ma、300~600 Ma、1700~1900 Ma和2300~2600 Ma,年龄谱显示近源(局地基岩碎屑)、中源(黄河河沙)和远源(阿拉善地区沙漠)均有贡献; 定量计算表明,三者分别贡献71%、21%和8%的风成粗颗粒。中、近源中,黄河及其支流侵蚀基岩后搬运沉积的漫滩物质成为粉尘输移的中转站,为黄土的形成提供了主要的物源。光释光测年结果表明,石峁剖面河流沉积物及其上覆的黄土物质分别形成于倒数第2次冰消期和末次冰消期,两者之间的沉积间断可能指示了末次冰期至冰消期的侵蚀事件,导致了河滩物质暴露,从而形成了潜在的局地尘源。这些结果表明,包括黄河干支流在内的河流系统对黄土粉尘有重要的物源贡献。     

Luminescence dating of sand–loess sequences and response of Mu Us and Otindag sand fields (north China) to climatic changes

The sand–loess transition zone in north China is sensitive to climate change, and is an ideal place to investigate past environmental changes. However, past climate change at millennial–centennial timescales in this region has not been well reconstructed because of limited numerical dating. Alternations of sandy loam soils with aeolian sand layers in the Mu Us and Otindag sand fields, which lie along the sand–loess transition zone, indicate multiple intervals of dune activity and stability. This change is probably a response to variations of the East Asian monsoon climate during the late Quaternary. The single aliquot regeneration (SAR) optically stimulated luminescence (OSL) dating protocol, which has been successfully applied to aeolian deposits worldwide, is applied to these two sand fields in this study. The OSL ages provide reliable constraints for reconstruction of past climate changes at suborbital timescale. Sections in both sand fields contain aeolian sand beds recording millennial‐scale episodes of dry climate and widespread dune activation, including episodes at about the same time as Heinrich Event 5 and the Younger Dryas in the North Atlantic region. These results demonstrate the potential of aeolian sediments in semi‐arid north China to record millennial‐scale climatic events, and also suggest that dry–wet climate variation at the desert margin in China may be linked to climatic change elsewhere in the Northern Hemisphere, through atmospheric circulation. This article was published online on 27 November 2008. An error was subsequently identified. This notice is included in the online and print versions to indicate that both have been corrected (16 December 2008). Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

末次冰期以来中国季风区西北边缘沙漠演化研究

我国季风区西北边缘的沙漠是全球中纬度敏感带的重要组成部分.本文选取区内的毛乌素沙地、共和沙地和腾格里沙漠,通过对末次冰期以来地层年代学、沉积相和地层空间分布的研究,重点探讨了末次冰期和全新世时期两个特征时段的沙漠演化.其中末次冰期是沙漠的持续发展、扩张期,奠定了沙漠的空间格局;全新世早期沙漠总体趋于固定、缩小,中期沙漠大部处于固定、缩小状态,晚期沙漠有所扩大,但未达到末次冰期的最大规模.