我国北方4kaB.P.前后异常洪水事件的初步研究

史前异常洪水事件的初步调查表明,4kaB.P.前后是我国北方异常洪水多发的时期,黄河流域、淮河流域和海河流域在这一时期普遍出现不同形式的史前异常洪水事件.异常洪水事件的出现与当时的降温事件有密切的关系,气候变冷引发的相对湿度加大和降雨量增多可能是造成这次异常洪水事件的主要原因.出现于华夏文明诞生前夕的史前异常洪水事件对华夏文明的演进势必会产生重大影响,在黄河上游的山间盆地和下游的黄淮海平原,异常洪水给人类生存环境带来严重的破坏,导致这些地区早期文明的衰落;而位于我国地貌大势二级阶梯与一级阶梯之间的中原地区,尽管洪水也给人类生存环境造成严重的威胁,但它并没有导致早期文明的衰落,恰恰相反,先民们利用有利的地貌条件,通过与洪水的争斗,促进了文化的发展和华夏文明的诞生.     

全新世事件3与古文化变迁

全新世事件3是1997年由Bond等提出的、指的是发生在4.2 ka BP左右的冷事件。此后,冰心、海洋沉积物、湖泊沉积物、石笋和泥炭等各种地质载体被广泛用于全新世事件3的研究当中。此次事件在全球范围内普遍存在,在北半球中、低纬度大部分地区以冷干的气候条件为主,而在北半球高纬度地区和南半球部分地区则以冷湿的气候条件为主。同时,这次冷干或者冷湿的气候波动对于当时世界范围内的古文化变迁产生了重要的影响,是造成非洲尼罗河流域古埃及文明、两河流域美索不达米亚古阿卡德帝国、印度河流域哈拉帕文明以及中国新石器文化的衰落的主要原因。而全新世事件3的主要成因很可能是当时太阳活动减弱,一方面导致北大西洋表层浮冰增加,表层海水温度降低,减弱了温盐循环,使海陆温差减小,季风减弱;另一方面使热带幅合带南移,在北半球中、低纬度大部分地区形成干旱降温事件。     

中国全新世4.2ka BP气候事件及其对古文明的影响

利用近年来发表的全新世高分辨率古气候记录,如湖泊、泥炭、石笋及其他古气候地质载体记录,对4.2ka BP气候突变事件在中国的表现进行了分析,认为该气候事件在中国普遍表现为干旱,伴随部分地区的降温,体现了东亚地区对全球4.2ka BP气候事件的响应。结合考古学研究成果,认为这一气候事件所导致的中国北部大范围、持续性的干旱,是造成中国北部新石器文化衰落的主要原因;所导致的南部持续干旱、局部频繁洪涝,以及气候剧烈频繁的波动,是造成中国南部新石器文化衰落的主要原因。对于该气候事件的触发机制,洋流变化的贡献很可能小于大气环流变化的贡献。太阳辐射减弱造成的北半球降温所引起的半球间洋面温度梯度的变化,可导致赤道辐合带(ITCZ)南移,并使得北半球中低纬度地区季风减弱;同时季风与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)间的相互作用可进一步诱发季风突变,造成北半球中低纬度地区大面积干旱。     

4 000aB.P.前后东亚季风变迁与中原周围地区新石器文化的衰落

4000aB.P.前后中原周围地区新石器文化发生了衰落,其原因一直存在较大的争议。文章依据前人的研究成果,从东亚夏季风锋面降水的穿时性特点初步探讨了这一问题。认为4000aB.P.前后的降温和由地球轨道因素变化引起的全新世东亚季风的长期变化,使东亚夏季风降雨带北撤南迁,形成中国东亚季风区的一种南涝北旱的环境格局,可能是4000aB.P.前后中原周围地区新石器文化的衰落的主要原因。     

贵州白鹇湖沉积物记录的4～2kaB.P.干旱气候事件及其生态环境影响

喀斯特地区的生态环境具有先天脆弱性,对气候变化响应敏感,是研究气候变化-生态环境变化耦合关系的理想场所.选取我国典型喀斯特地区湖泊白鹇湖为研究对象,系统分析了沉积物柱芯有机质C/N比值、Sr/Rb比值和孢粉的剖面变化.研究结果表明,白鹇湖地区3.6～2.2kaB.P.气候持续向干旱化方向发展,导致流域陆地植被显著退化,草本植物减少,蕨类植物增加,湖泊陆源有机质输入减少,沉积物有机质C/N比值降低.该干旱事件还导致流域化学风化作用减弱,Sr/Rb比值增大.白鹇湖过去5000年的气候与生态环境变化历史表明自然气候变化对喀斯特生态环境可产生重大影响,为喀斯特生态环境先天脆弱性提供了历史性证据.     

5500aBP气候事件在三大文明古国古文明和古文化演化中的作用

5 5 0 0aBP气候事件是世界上许多地区全新世气候演化史上的一个重要转折点 ,它促进了两河流域美索不达米亚古代文明和尼罗河流域埃及古代文明社会的诞生 ,对中国地区新石器文化的发展也产生了重要的影响。未能形成地理限制可能是中国地区未能像两河流域和尼罗河流域一样在 55 0 0aBP前后形成文明社会的重要原因之一。     

基于Polar WRF的南极Dome A极端低温事件分析

南极作为地球的寒极, 其最高点Dome A地区于2013年8月1日气温达到-93.0 ℃的极低值。利用Polar Weather Research and Forecasting （Polar WRF） 3.8.1模式, 对发生在南极Dome A地区的3次极端低温事件进行数值模拟分析。通过与自动气象站实测数据对比验证, 模拟效果较为理想。结果表明： 印度洋和大西洋交界区域的高压加强, 其高压脊开始向南极内陆延伸, 导致Dome A地区气压升高, 使得该地区天气晴好, 云量极低, 为极端低温事件发生奠定基础; 同时, 南极中心冷涡加强, 长时间的冷平流和稳定的逆温层为Dome A地区提供了足够的降温条件, 并且加强了夜间辐射降温效应, 稳定的垂直场、 极低的向下长波辐射使得Dome A地区的极端低温事件得以维持。     

179～129 ka B.P.时段千年尺度气候事件的湖北神农架石笋记录

根据湖北神农架1支石笋(SB11)13个230Th年龄和638个δ18O数据,重建了179～129 ka B.P.时段连续的高分辨率东亚夏季风历史.轨道尺度上石笋δ18O曲线呈现2个岁差旋回,指示东亚夏季风强弱变化受北半球夏季日辐射能量变化驱动.一系列千年尺度季风事件叠加于轨道尺度季风气候旋回上,与已有的东亚季风事件、北大西洋冰漂碎屑事件及地中海降温事件具有比较相似的变化规律,进一步证明了倒数第二次冰期千年尺度气候事件在北半球具有普遍性.山宝洞石笋记录与葫芦洞石笋记录的对比结果表明,最后两个冰期旋回千年尺度事件发生频率及变化幅度非常相似,有力地支持了千年尺度气候事件的冰量驱动模式.     

气候变化因素在蒙古西征中的可能作用研究

13世纪上半叶蒙古帝国发动的3次西征极大地改变了欧亚大陆的政治格局和历史进程,成为世界最为重大历史事件之一; 其发生原因一直是学术界关注的焦点,人们提出了各种假说,其中气候变化驱动说,即干旱或/和降温事件触发蒙古西征说最具影响力。文章依据古气候研究进展对蒙古西征的动因进行了重新研究,首先对蒙古西征各种假说进行了回顾,重点介绍和评述了气候变化驱动说,然后根据我国高分辨率气候重建资料,结合欧亚大陆其他地区的古气候重建成果,恢复了蒙古西征时期的气候背景; 结果发现蒙古西征并非发生在传统上所认为的干旱或/和降温期,而是发生在相当于中世纪温暖期中的中后期,而且当时蒙古民族主要生活住居地区还比较湿润。研究结果对传统的气候驱动说提出了挑战,认为蒙古西征并非干旱或/和降温事件所触发,相反,当时温暖而湿润的气候环境为蒙古西征提供了良好的物质基础。研究结果较好地解释了蒙古当时征讨的重点地区为什么是西北方而不是东南方的印度和南宋地区之谜。     

太湖西部地区8.2ka BP以来的高分辨率孢粉记录

通过AMS14 C测年技术建立年代标尺,对太湖西部地区LTD-12号钻孔301cm以上的岩芯进行高分辨率孢粉分析,重建太湖西部地区8.2ka BP以来的气候和植被,并探讨了太湖地区新石器文化对气候变化的响应。结果表明:1)太湖西部地区8.2ka BP以来的植被类型演替过程大体为:以松属—常绿栎—落叶栎—枫香为主的含针叶成分的常绿落叶阔叶林→以落叶栎-常绿栎-枫香树属为主的常绿落叶阔叶林→以松属-枫香为主的针阔叶混交林→以松属为主的次生性质的针叶林。2)太湖西部地区高分辨率孢粉记录的气候变化可划分为2个大的阶段:(a)8.2~4.4ka BP为中全新世温暖湿润期,最适宜期出现在6.9~5.5ka BP;(b)4.4ka BP~0ka BP为晚全新世降温期,气候从暖稍湿向暖干过渡。3)太湖地区的新石器文化总体上响应于气候的变化。环太湖平原地区至今未发现10~7ka BP的新石器遗址可能与当时过于潮湿和不稳定的气候环境有关;6.9~5.5ka BP温暖湿润的气候适合人类的生存,促使了马家浜文化的出现、繁荣和发展;5.0ka BP左右的干燥降温事件可能导致了崧泽文化的衰落;良渚文化的消亡可能与4.4ka BP前后该地区的气候突变事件有关。     

洛南黄土有机碳同位素组成及其与洛川、西峰黄土对比

以往黄土-古土壤碳同位素的研究主要集中在东亚季风控制的干旱-半干旱黄土高原中北部地区,而对于秦岭南部暖温带季风性半湿润气候区黄土-古土壤序列有机碳同位素的研究鲜有报道。对比两种气候条件下的黄土有机质碳同位素组成可更广泛和深入地认识黄土碳同位素所指示的生态环境变化。为此,本研究选取了位于秦岭南麓的洛南上白川、刘湾两剖面,剖面厚度分别为74m和10m,以20cm间距采集上白川剖面38个样品,刘湾剖面51个样品。采用高温灼烧氧化法对全部样品有机质碳同位素组成进行测定,并将结果与黄土高原中部洛川和西峰剖面有机质碳同位素进行了对比。结果表明：  上白川剖面有机碳同位素( δ¹³C_org.)的变化范围为-24.43‰～-21.30‰,刘湾剖面的变化范围为-24.70‰～-20.52‰,洛川剖面的变化范围为-23.37‰～-18.72‰, 西峰剖面的变化范围为-23.68‰～-19.47‰。末次间冰期位于半湿润地区的上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值较半干旱地区洛川、西峰剖面偏负1‰～2‰,即上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值分别较洛川剖面的峰值偏负1.8‰和1.9‰,较西峰剖面的峰值偏负1.3‰和1.4‰。因此,该区的植被覆盖应是以C₃植物为主的C₃和C₄混合草原植被类型;   从整体上来看,洛南剖面古土壤层碳同位素较相邻黄土层的碳同位素偏正,因此,古土壤形成时期C₄植被相对比例增加。末次间冰期洛南上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值较洛川、西峰剖面的峰值偏负1‰多,表明受东亚季风控制的半干旱-半湿润的黄土区,暖季节降水对C₄/C₃植被相对比例增加的趋势和幅度均具有明显的影响,主要表现在暖季节降水的增加有利于C₄植被相对比例的增高,同时降水的季节性分布和/或降水量的增多影响土壤有机碳同位素所记录的C₄植被相对比例及其增加幅度。     

黄土中钙结核的碳氧同位素研究(二)碳同位素及其古环境意义

从洛川黄土剖面离石黄土各层古土壤中钙结核的碳同位素分析结果，探讨了钙结核碳同位素变化所反映的古土壤形成时的植被状况，还借助于“干燥度”，结合由钙结核氧同位素变化所获得的古温度资料，估算了各层古土壤形成时长时段的年平均降水量。所得结果表明，各层古土壤形成时温度和湿度状况有更复杂的变化。大部分古土壤形成时的年平均降水量与现代相差不多(增幅在５０ｍｍ左右)，但发育最好的Ｓ５形成时，年平均降水量超过现在约２００ｍｍ。古土壤的碳氧同位素能很好指示古环境，但研究工作还有待深入。     

末次冰期黄土中蜗牛壳体碳酸盐同位素组成与其环境指示意义

为了揭示蜗牛化石壳体碳酸盐（文石）稳定同位素组成的古气候和古生态环境指示意义,对采集于河南荥阳邙山末次冰期黄土剖面上部中的粉华蜗牛（Cathaica pulveratrix）化石壳体碳酸盐进行了碳、氧稳定同位素分析,同时还对全岩有机物质（SOM）碳同位素组成以及全岩磁化率和粒度等气候替代指标进行分析,结果显示：剖面中反映蜗牛食物碳同位素组成的壳体δ¹³C_SSA的变化,与反映古植被碳同位素组成的全岩有机物质碳同位素组成（δ¹³C_SOM）无显著的相关关系,但是壳体¹³C相对于SOM的富集程度（Δδ¹³C_SSA-SOM）的变化与石笋氧同位素记录的末次冰期东亚夏季风强度演化同步一致;   壳体δ¹⁸O_SSA的变化不但与黄土磁化率、粒度等气候替代指标变化具有显著相关性,同样也与末次冰期东亚夏季风强度演化同步一致。这些特征,一方面说明受季风环流控制的气候温湿程度变化左右蜗牛夏季活动的几率和食物的类型,干冷气候条件下,相对温湿夏季成为蜗牛活动主要时期,相对富集¹³C苔藓、菌类和植物可能是蜗牛的主要食物;   另一方面暗示蜗牛化石壳体碳酸盐稳定同位素组成能够指示气候温湿程度和生态环境的变化。     

稳定碳同位素在第四纪古环境研究中的应用

文章对陆相沉积物、湖沼相沉积物以及脊椎动物牙齿中的δ¹³C研究作了系统的综述,特别对存在的问题提出了一些看法,认为黄土-古土壤序列中有机质δ¹³C与碳酸盐δ¹³C变化趋势相反的原因是CO₂与碳酸盐交换平衡时的分馏系数在古土壤堆积时和黄土发育时不一致造成的;陆相沉积物的有机质δ¹³C较碳酸盐δ¹³C能更加直接地反映沉积时地表植被状况,陆相沉积物的碳酸盐δ¹³C在古生态中的应用还有待于对它的形成机制和形成过程进行进一步的研究;我国黄土高原末次冰期的气候不利于C4的生长.文章强调古环境、古生态研究应该从现代过程入手,了解现代植物δ13C与气候参数的关系以及现代C4植物的分布规律.同时还认为分子化石的稳定同位素研究这一新研究手段将会给第四纪研究带来更新的活力.     

中东亚干旱半干旱区C3植物δ13 C值的分布 及其对气候的响应*

植物化石和土壤中的有机质碳同位素指标常用来反映古气候的变化,然而碳同位素这个指标在特定地区反映气候的定量关系缺乏检验。研究剖面选择自中国的秦岭(34°14'24″N,106°55'30″E)到蒙古人民共和国北部,接近贝加尔湖地区(51°35'08″N, 100°45'49″E)的研究剖面线,选择了3种C₃植物(Artemisia scoparia, Ajania achilleides 和 Artemisia frigida),在剖面线上沿南北方向上每隔4'到5'采取一个样点,共选取161个C₃植物茎叶样品进行了δ¹³ C值测定。同时收集了剖面线附近气象站的降水、气温等资料,用插值方法得到每个采样点的气温、降水数据。分析表明:C₃植物的δ¹³ C值分布范围为-30 ‰ ~-22 ‰ ,其平均值为-26.81 ‰ ,该平均值较全球C₃植物δ¹³ C平均值偏正。通过对比C₃植物δ¹³ C与年均温、年均降水量、生长季节的干燥度等随纬度的变化规律,发现C₃植物δ¹³ C、年均降水量、生长季节的干燥度有非常一致的变化趋势,而C₃植物δ¹³ C和年均温不具有一致性。通过一元回归分析也同样发现C₃植物δ¹³ C与年均降水量呈线性负相关关系(y=-0.0077x-24.838,n=161,R²=0.4418,p=0.01),与生长季节的干燥度呈线性正相关关系(y=0.7328x-28.806,n=161,R²=0.3685,p=0.01),而与年均温度没有明显的相关关系(y=-0.0461x-26.756,n=161,R²=0.0232,p=0.01)。在本研究区C₃植物δ¹³ C对年均降水量和生长季节的干燥度响应十分显著,而对温度的响应不明显。研究区具有明显的降水和温度的梯度分布特征,是验证植物碳同位素与气候关系的理想场所,而土壤中的有机质碳同位素与其地面上的植物碳同位素息息相关。研究也说明,在本研究区或其他气候植物组合相似的地区可以利用古土壤中的有机质碳同位素来定量或半定量地反映古气候的变化。     

西宁黄土堆积记录的最近13万年高原季风气候变化

青藏高原对于大气的热力和动力作用形成了高原季风气候现象.青藏高原东北部西宁盆地位于高原季风控制区,末次间冰期以来的黄土堆积记录了高原季风气候变化过程.对西宁盆地湟水阶地上的黄土堆积进行了地貌观查、地层对比和探槽及探井采样,完成了热释光和光释光测年,测量了古地磁定向样品以及磁化率、频率磁化率、CaCO3含量和粒度等古气候代用指标.结果表明,西宁黄土堆积记录的高原夏季风环流在相当于深海氧同位素阶段5e特别强,在5a和5c阶段接近于阶段3.高原夏季风和冬季风变化存在位相差以及冬季风强的时候夏季风不一定弱,夏季风弱的时候冬季风不一定强的变化模式.     

黄土高原地区晚中新世以来陆地植被C3/C4植物相对丰度演化研究进展

晚中新世以来陆地生态系统中C3/C4植物相对丰度的演化历史是国际地学界关心的热点问题。我国黄土高原地区也有数个剖面开展了相关的研究,然而基于土壤碳酸盐碳同位素的研究结果在C4植物扩张开始的时间、过程、区域和全球一致性、C4植物相对丰度的空间梯度等主要的地质历史事实以及该区域C4植物扩张的主要驱动因素等方面的认识均存在较大的差异,这可能表明了代用指标本身存在的问题。而来自动物化石的碳同位素研究结果与碳酸盐碳同位素研究结果同样差异比较大,认为直到第四纪时期,C4植物才成为区域植被当中一个重要组分。从代用指标可靠性以及时间分辨率2个方面考虑,建议在后续的研究工作中,大力加强有机质碳同位素方面的研究,进一步查明黄土高原地区晚中新世以来C4植物扩张的历史和可能的驱动机制。     

青藏高原现生禾本科植物的δ13C与海拔高度的关系

文章通过分析青藏高原4种C3禾本科植物碳同位素值随海拔高度的变化,发现穗三毛(Trisetumspicatum),垂穗鹅观草(Roegnerianutans),紫花针茅(Stipapurpurea),垂穗披碱草(Elymusnutans)的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势明显,平均每增高1km变重1.37‰,其中Trisetumspicatum和Roegnerianutans的碳同位素值随海拔高度增加而变重的趋势更为显著。研究认为温度和大气CO₂分压是引起C3植物碳同位素值随海拔高度变化的主要因素。另外,研究发现一些C4植物的生长高度可以达到海拔4000m以上,最高可达海拔4520m。     

黄土有机质稳定碳同位素研究进展

有关黄土高原历史时期原生植被类型的研究不仅具有重要的理论意义,也具有现实的指导意义。土壤有机质稳定碳同位素（δ13Corg）是区域植被中C4/C3植物相对丰度的灵敏指示器,对黄土有机质稳定碳同位素的研究可以部分地重建过去的植被类型变化历史,并可探讨与此有关的气候、环境问题。已有的研究结果表明：黄土高原古土壤发育阶段δ13Corg偏正于黄土沉积阶段,表明随气候由冷干向暖湿转变黄土高原C4植物相对丰度上升,然而在C4植物相对丰度上升的主要驱动因素上仍存在夏季风和温度两种观点。相应的在空间上,C4植物的相对丰度无论冰期还是间冰期都是由黄土高原东南向西北递减。而基于黄土δ13Corg的研究认为黄土高原历史时期一直以草原为主,不存在大面积的森林。尽管已有的研究对黄土有机质稳定碳同位素分布和变化的一般性规律取得了共识,但在研究中还存在一些问题,在黄土δ13Corg变化机制上还存在争议,值得进一步研究。     

黄土高原西部地区末次冰期和全新世有机碳同位素变化与C3/C4植被类型转换研究

文章利用黄土高原西缘代表性的塬堡剖面有机碳同位素数据,估算了末次冰期以来地表植被中C₃/C₄植 物的相对丰度,指示出研究区域末次冰期几乎为纯粹的C₃植物,而全新世为C₃植物占优势的C₃和C₄混合植被类 型。温度是控制中国黄土高原C₄植物是否发生的关键性气候因素,末次冰期向全新世转化过程中存在的某“阈值 温度”控制了两种植被类型的存在。全新世土壤有机碳同位素偏正于末次冰期,符合前人研究得到的认识。末次 冰期间冰段(MIS3)至盛冰期,土壤有机碳同位素为偏正变化趋势,符合现代C₃植物本身随气候条件改变的碳同位 素组成变化。研究表明,利用黄土-古土壤有机碳同位素进行古气候变化研究,不能只将有机碳同位素简单的解 释为C₃/C₄植物相对丰度的变化,在单一植被类型下,还需要考虑植物本身碳同位素组成随气候条件的变化;另外, 研究还说明,我国黄土高原不同地区同时段土壤有机碳同位素值可以不同,其变化可以不具有相同的趋势,因此, 简单将有机碳同位素偏正归因于夏季风增强是值得商榷的。