南海最近3个冰期旋回中的天然火与气候 ——ODP1144孔深海沉积中的炭屑记录

通过南海北部陆坡ODP1144孔(20°3′N,117°25′E,水深2037m)沉积柱状样的炭屑数量统计,结合有关花粉资料讨论了南海北部大陆及大陆架上最近3个冰期旋回中天然火的历史及其与气候的关系.依据1144孔炭屑、花粉研究结果,可以将0～225m的地层划分为8个带(C1～C8带),分别与深海氧同位素1～8期相对应,其中C2～4带为末次冰期,C6,C8带分别为倒数第二次和第三次冰期.研究表明,1144孔深海沉积物冰期时(MIS2,4,6,8期)炭屑沉积率均很高,说明冰期时大陆和大陆架上天然火发生的强度很高,反映当时气候较为干旱.尽管MIS6期和8期细粒炭屑沉积率较高,表明大陆上天然火强度较大,当时气候较为干燥;但粗、中粒炭屑沉积率却相对较低,可能与MIS5期以前大陆架出露范围较小,导致中、粗粒炭屑的源区较小有关.间冰期时(MIS1,5,7期)炭屑沉积率相对较低,一方面是由于大陆架被海水淹没,炭屑来源较少;另一方面,也说明天然火的强度有大幅度下降,气候由干旱转为湿润.尽管MIS3期细粒炭屑沉积率有所降低,但中粗粒炭屑沉积率与4期相当,表明当时大陆架上天然火强度依然很大,气候较为干燥.     

南海北部280 ka以来深海花粉记录

ODP1144孔顶部225m柱状样的孢粉资料揭示近280ka(即氧同位素8期(MIS8))以来,南海北部大陆架的演化历史.间冰期孢粉组合以松属为主,与该区现在情况相似.而冰期孢粉组合中则出现大量草本植物,如蒿属(Artemisia)、禾本科(Gramineae)、莎草科(Cyperaceae).这说明冰期时由于海退引起海平面下降使大陆架出水成陆.出露的大陆架上覆盖着以草原为主的植被.从草本植物花粉与松属花粉两者含量之比可以推断在MIS5期以前大陆架出露的面积小,而MIS4期以来冰期时大陆架大面积出露,末次冰盛期达到高峰.MIS5期前后南海北部大陆架的这种变化,可以从我国大陆新构造运动加以解释.冰期时大陆架上生长的草原植被的组成也有显著变化,MIS8期以禾本科为主,而后,蒿属比例不断增加,末次冰盛期时在草原植被中占了优势,植被的这种变化是对不断变干冷气候的响应.     

南海北部ODP1144站更新世(1.05~0.36 Ma)孢粉记录

根据对南海ODP1144站下段孢粉分析, 将其自下而上分为两个孢粉组合带和11个组合亚带. 根据松粉、蕨类孢子及草本植物花粉含量的相互消长关系, 将PB带进一步划分为11个孢粉组合亚带(PB21~11), 分别与深海氧同位素分期相一致(对应MISs 21~11期). 间冰期孢粉组合以松粉和蕨类孢子含量增加、草本植物花粉含量降低为特征; 冰期则相反. 间冰期孢粉组合面貌反映其气候与现代相似. 各冰期出露的大陆架上生长了以禾本科、莎草科及蒿属为主的草本植物. 组合亚带PB12(对应MIS12期)中Artemisia花粉含量的增加及高的松粉沉积率值表明此次冰期气候相对干冷, 冬季风较强.     

黄土炭屑分级统计方法及其在火演化研究中的意义

在综合了炭屑筛选法和炭屑花粉流程分析法的基础上,设计了一套从黄土、古土壤和古文化层中提取不同粒径炭屑的新途径——黄土炭屑分级统计方法,对不同粒级的炭屑进行分析和统计．筛选法提取、统计粒径在125μm 以上的炭屑颗粒,作为地方性火活动的替代指标;而用炭屑花粉流程分析方法获取粒径在125μm 以下的炭屑颗粒,作为区域性火活动的替代指标．黄土炭屑分级统计方法提高了炭屑研究的精度,丰富了黄土火演化研究的内容,是建立黄土高原火演化历史,研究植被演替和生态特征的重要途径,在认识黄土高原气候变化,探讨人类活动及其环境效应等方面具有重要意义．     

赛里木湖孢粉记录的亚洲内陆西风区全新世植被与气候变化

通过对西风区新疆赛里木湖沉积岩芯的精确定年和孢粉、炭屑分析,重建了该地区全新世以来的植被和气候环境演化历史.结果表明,~9.6cal.kaBP前的早全新世,研究区以荒漠植被为主,A/C比值和第一主成分样品得分所指示的有效湿度明显偏低,第二主成分样品得分所指示的气温回升,气候干旱.9.6~5.5cal.kaBP的中全新世湖区为典型的荒漠草原/草原植被,区域有效湿度明显增加,气温较高,为温暖时期.其中6.5~5.5cal.kaBP期间,研究区植被由荒漠草原/草原迅速转变为荒漠,有效湿度明显降低,同时温度升至最高,可能是一次千年尺度的高温干旱事件.5.5cal.kaBP以来的中-晚全新世,研究区呈现出典型的草原/草甸景观,有效湿度相对较高,温度大幅降低,气候温凉湿润,相对较为适宜.赛里木湖孢粉、炭屑记录的温度和湿度变化与区域其他湖泊记录对比的一致性表明,太阳辐射是造成区域温度变化的主要驱动因素,同时温度变化影响了区域的有效湿度变化.该地区早全新世气候干旱,中-晚全新世气候相对湿润的气候环境演化特征与季风影响区有着明显的差异.早全新世干旱是中纬度西风减弱和上风向蒸发减少的环流背景下局地温度高蒸发强烈的结果.     

雷州半岛全新世高温期珊瑚生长所揭示的环境突变事件

通过对南海北部雷州半岛徐闻县灯楼角角孔珊瑚礁剖面(20°14.005′N, 109°55.200′E)的研究, 发现在全新世高温期存在至少9次高频率、大幅度的气候突然变冷事件, 将这一现象命名为“雷州事件”. 这一时期是雷州半岛珊瑚礁发育的适宜期, 至少可分为9个阶段, 每一阶段(即一次气候适宜期)的持续时间约20~50 a, 之后即在冬季突然出现一次低温和(或)相对低海平面事件, 导致角孔珊瑚大量死亡, 并出露遭受磨蚀, 形成间断面; 如此循环往复, 形成厚逾4 m的角孔珊瑚礁坪. 此段时间地壳分阶段性地下沉, 海平面上升. 该珊瑚礁剖面是研究中国南部热带地区全新世高温期年代际气候变化的宝贵的材料, 为全新世高温期的高频气候不稳定性演化模式提供了新的证据, 对传统的全新世大暖期的气候特征提供了新的认识.     

最近2.6 Ma中国北方季风环流与西风环流演变的风尘沉积记录

系统的粒度测量和沉积动力学研究发现, 中国黄土由粗粒与细粒组分叠加组成, 粗粒组分主要是低空季风环流产生的粉尘沉积; 细粒组分代表主要由高空西风环流控制的背景粉尘. 不同剖面粗粒组分的变化一致表明, 低空季风环流在冰期加强, 在间冰期减弱; 细粒组分变化序列在纬向的分异特征显示, 冰期时西风环流加强、同时西风急流南移至约35°N, 间冰期西风环流减弱且急流北移至约37°N. 最近2.6 Ma洛川剖面粒度组分变化趋势表明, 西风环流对风尘沉积的贡献减小、强度减弱, 与此同步, 季风环流对风尘沉积的贡献增加、强度增大, 其中最显著的变化发生在1.2~0.9 Ma前, 可能指示了青藏高原隆升对中更新世中国北方大气环流转型的决定性作用.     

不同时间尺度下的湖泊沉积物环境记录——以沉积物粒度为例

在湖泊沉积记录与古气候研究中, 沉积物粒度的环境意义常常解释为: 粗粒沉积物指示低水位时期的干旱气候, 细粒沉积物指示高水位时期的湿润气候. 本文通过对云南洱海和程海现代沉积物粒度的研究, 揭示了沉积物粒度在不同时间尺度、不同时间分辨率的研究中具有不同的环境指示意义. 在长时间尺度、低分辨率(百年、千年)研究中, 粗粒沉积物指示湖泊收缩、湖水较浅的干旱气候期; 细粒沉积物指示湖泊扩张、湖水较深的湿润气候期. 在短时间尺度、高分辨率(年际、10 a)研究中, 粗粒沉积物指示降雨量较大的湿润年份; 细粒沉积物指示降雨量相对较小的干旱年份. 由于不同时间尺度研究中沉积分辨率、采样分辨率和定年精度的不同, 湖泊沉积物记录所反映的环境信息在不同尺度下因此可能存在差异. 在由以往的长时间尺度、低分辨率研究转向短时间尺度、高分辨率研究的过程中, 不能简单套用各种指标在长尺度研究中的环境指示意义, 必须结合研究的时间尺度和分辨率, 综合分析各种因素对环境记录的影响方式和程度, 才能得出可靠结论.     

南沙NS90-103钻孔沉积物Sr-Nd同位素组成及其气候环境信息探讨

对采自南沙海域ＮＳ９０－１０３钻孔碎屑沉积物的Ｓｒ－Ｎｄ同位素组成及其微量元素 地球化学特征进行探讨,解析其气候环境信息．结果表明,沉积物~８７Ｓｒ／~８６Ｓｒ比值在末次 冰期（０．７２２４～０．７２３）明显高于全新世和末次间冰期盛期比值（０．７２１０～０．７２１７）,反映周 边陆源区在末次冰期风化程度明显加强~１４３Ｎｄ／~１４４Ｎｄ表现为末次冰期相对较高的特点, 结合微量元素的结果可以看出,一方面由于该区末次冰期自生沉积物,例如Ｆｅ－Ｍｎ氧 化物量增加,以及对沉积物Ｎｄ同位素比值升高有所贡献,更重要的是由于末次冰期东 北季风加强、来自北方华南大陆的碎屑物质相对增多所致。     

中国末次冰盛期以来湖泊水量变化及古气候变化机制解释

中国古湖泊数据库收录的42个湖泊,提供的湖泊水量每千年变化的空间信息,可以用来系统分析中国区域末次冰盛期以来大气环流变化的状况.研究结果表明:我国西部从末次冰盛期以来直至全新世中期均为较湿润的气候状况,推测冰期内的湿润条件主要与西风带的降水以及低温低蒸发密切相关,而全新世主要为夏季风降水增加所致;全新世晚期气候趋干明显.我国东部的大部分区域在冰盛期和晚冰期较为干旱;只是在全新世有效降水状况才有大幅度的改善,全新世中期夏季风降水的效应仍然相当显著,控制的范围可达整个中国西部,同时位于现代季风气候区的中国东部,有效降水的峰值区的变化似乎存在从北往南的穿时性,南方有效降水峰值出现在晚全新世.而西南季风区湿润状况的明显改善发生在晚冰期,比东南季风区发生的早,显然这与两个季风系统的相互消长有一定的关系.我国东北区的湿润状况改善的也较早,显示了独特的季风气候机制.     

中国南海北部陆架区更新世晚期沉积物年代学及古环境研究 ——以DG钻孔为例

大陆架作为海陆相互作用的关键地区,对于研究大陆的构造演化、海陆变迁、海平面升降以及气候变化具有重要意义.然而由于不同研究方法的局限性,目前对大陆架沉积物年代学及其蕴含地质信息的认识仍然不足.南海是西太平洋最大的边缘海,是全球海洋沉积作用最为活跃的地区之一,也是海陆相互作用最为典型的区域.作为东亚大陆物质的主要沉积区,南海已经受到了学术界越来越多的关注.然而,目前的研究工作主要集中于沉积连续、信号记录稳定但沉积速率较慢、总体分辨率较低的深海区沉积物.相对而言,沉积速率较快、分辨率较高的浅海大陆架沉积为高分辨率年代学和古环境的研究提供了重要的地质材料,但由于大陆架沉积环境动荡导致沉积信号记录不稳定甚至缺失.针对南海大陆架沉积,尤其是对钻孔沉积物高分辨率年代学研究仍相对较少,限制了对南海构造与气候演化过程的认识.为了更好地限定南海北部陆架区更新世晚期沉积物的年代,研究其中蕴含的古环境信息,探讨东亚地区气候变化的驱动机制问题,同时为南海海域活动构造研究提供年代学框架,文中以南海北部DG钻孔为研究对象,在微体古生物化石和碳同位素年龄(14C)数据的基础上,利用大陆架沉积物磁化率与深海氧同位素的对比对其沉积物年代学进行了系统研究.基于此,结合色度和孢粉结果,对其古气候意义进行了初步探讨.结果表明,该钻孔沉积物的磁化率可对应于深海氧同位素的阶段1—阶段9(MIS 1—MIS 9),底部年龄约为300ka,磁化率低值区间对应于冰期,高值区间对应于间冰期.这与该钻孔沉积物中的孢粉和色度所记录的古环境信息相吻合.冰期时气候较为寒冷,水体变浅,沉积物搬运距离相对增大,矿物以氧化作用为主,主要形成弱磁性的磁性矿物(如赤铁矿),导致磁化率较低;间冰期时,气候相对暖湿,水体变深,沉积物搬运距离相对缩短,矿物以还原作用为主,主要形成强磁性的磁性矿物(如磁铁矿等),导致沉积物的磁化率显著增强.因此,南海大陆架北部更新世晚期沉积物的磁化率变化可以反映东亚地区更新世晚期以来冰期—间冰期气候旋回.磁化率与深海氧同位素的对比作为一种晚第四纪松散沉积物的相对定年方法,在南海北部陆架区更新世晚期沉积物定年方面是适用且可靠的,可为海洋大陆架沉积物定年和对比研究提供新的参考.     

末次冰期以来南海深水区的沉积速率

根据 72个站位沉积柱状样的分析数据 ,首次对南海 1 0 0m以下的深水区 6个不同部位 ,在末次冰期与全新世的堆积速率变化进行统计 .结果发现末次冰期时的堆积速率远远高于全新世 ,而南海南、北陆坡是堆积速率最高的海区 ,两者在各时期具有不同的沉积特征 :南部陆坡在末次冰期、全新世之间陆源物质的堆积速率反差较大 ,而北部陆坡不甚明显 ,但是该处的生源沉积反差强烈     

南海冰期深部水性质的稳定同位素证据

根据南海 9个深海柱状样中底栖有孔虫的稳定同位素记录 ,初步建立末次盛冰期以来的δ18O和δ13 C深度剖面 .结果表明末次盛冰期南海深部水的δ18O和δ13 C垂直梯度较全新世明显增大 ,并存在深约 2 0 0 0m的深温跃层和营养物跃层 ;特别是末次盛冰期相对全新世δ18O和δ13 C的变化分别减去冰川效应和全球平均变化值后 ,在水深 1 0 0 0～ 2 5 0 0m间出现正值 ,说明末次盛冰期南海这一深度范围内存在温度较冷或盐度偏咸、垂直流通好、富13 C的深层水团 ,与今明显不同 .进一步证实冰期存在“北大平洋深层水” ,但可能仅限于水深约 1 0 0 0～ 2 5 0 0m的范围内 .     

浑善达克沙地的光释光年代序列与全新世气候变化

浑善达克沙地具有对气候变化响应敏感和生态环境脆弱的特点,是研究环境变化的理想地区．相对于黄土而言,沙质沉积是近源、在沉积期堆积速率快,有可能记录了某些时间段千年时间尺度的干旱事件．应用光释光测年技术,对浑善达克沙地东北．西南断面上具代表性的10个沙丘和沙／黄土剖面进行了年代测试,获得了35个样品的光释光年龄;结合野外地层观察分析和粒度、磁化率等测试,得到了浑善达克沙地全新世干旱事件和相对湿润期的气候变化记录：在距今9．9～8．2ka期问,沙地发育厚层粗砂层,沙丘处于活动状态,气候干燥,植被覆盖度低;在距今8．0～2．7ka期间,沙地发育有多层浅灰一灰黑色砂质土壤,沙丘总体上处于固定．半固定状态（也含有短时段的沙丘活化的干旱事件）,指示气候较之前明显湿润,植被相对茂密;2．3ka以来,沙地沉积物以粗砂堆积为主,沙丘又重新活化,气候总体上为干旱．通过对沙丘沉积记录和沉积产状的分析,发现浑善达克沙地在全新世早期、8．2ka前后以及小冰期时期,气候较为干旱,植被盖度小,沙丘活化;在“隋唐暖期”和“中世纪温暖期”,气候较湿润,植被发育良好,沙丘固定．具有绝对释光年龄控制的沙丘沉积记录表明,全新世浑善达克沙地多次千年时间尺度的气候事件可能是全球气候变化的区域响应．     

冰期旋回中西太平洋边缘海的季节性与暖池的多变性

从南海南部到阿拉弗拉海 ,一系列低纬边缘海处在西太平洋暖池区内 .微体古生物、同位素和有机地球化学 3种标志 ,一致表明末次盛冰期时边缘海的表层水温比开放的西太平洋低得多 .冰期低海面时边缘海浅水区出露成陆 ,深水区水温下降 ,减弱了向大气输送水汽和热量的能力 ,造成暖池在冰期旋回中的多变性 .冰期时冬季风强化不仅使边缘海冬季表层水温下降、季节温差加大 ,而且为热带岛屿带来水汽 ,造成山地雪线和植被带下移 ,可能为解释“热带海区古温度之谜”提出了新途径     

白云鄂博REE-Nb-Fe矿床成因的氧、碳和锶同位素及微量元素地球化学证据

根据白云鄂博赋矿白云石大理岩的岩石学特征及地质产状将其分为两类：粗粒和细粒白云石大理岩．它们的氧、碳和锶同位素及微量元素地球化学特征显然有别于分布在宽沟背斜以北典型的沉积石灰岩和白云岩,而和幢源火成碳酸岩十分相似．与矿床进行对比研究说明,成矿流体和矿质主要起源于碳酸岩浆的分异作用,其放射性成因同位素和微量元素保持了地但指纹,而氧和碳同位素组成却向壳源方向漂移,证实碳酸岩浆侵位过程中受大陆地壳的混染作用非常微弱,但是由碳酸岩浆活动所引起的成矿热液体系中却有一定的地表水混人认为白云鄂博REE-Nb-Fe超大型矿床的成因应归属于火成碳酸岩型矿床．     

中国北方典型草原区花粉产量及其定量重建古植被的作用

基于中国北方典型草原区30个样点现代孢粉分析和植被调查,研究估算了常见花粉类型的相对花粉产量,并将估算结果应用于全新世以来的古植被定量重建．典型草原区现代花粉组合以蒿属、藜科、禾本科、莎草科和菊科等草本植物花粉为主,与草原区植物群落较一致．中国北方典型草原区上述五种主要花粉类型和常见花粉类型（唐松草属、鸢尾科、委陵菜属、麻黄属、十字花科和榆属）的风力传播能力强,相对花粉源1000m左右（以表土样品取样范围为沉积盆地半径,0．5m）,且基本不受风速影响．榆属、蒿属、十字花科和藜科植物花粉产量最高,唐松草属植物花粉产量较高,而菊科和鸢尾科植物花粉产量较低,禾本科、莎草科、委陵菜属和麻黄属植物花粉产量适中．相对花粉产量检验表明：多数花粉类型相对花粉产量结果可信;但菊科和鸢尾科相对花粉产量被显著低估,禾本科、藜科、麻黄属相对花粉产量被高估或低估,利用相对花粉产量定量重建古植被时应谨慎．依据花粉产量定量重建的植被演替表明,现在的中国北方典型草原区6500—5600cal．aBP之前为以禾本科、莎草科和蒿属植物为主的草甸草原,之后逐渐演变为现在的典型草原．     

末次冰消期以来巽他陆架高分辨率的孢粉记录

根据南海南部巽他陆坡上的柱状剖面SONNE 18287的高分辨率的孢粉记录, 重建16500 a以来该地区植被和气候的变化历史. 研究结果发现冰消期的16.5~13.9 ka BP期间, 植被是以低山雨林和低地雨林为主, 蕨类的低含量及大量的低山雨林成分, 反映了较为凉湿的气候. 在13.9~10.2 ka BP期间, 热带低地雨林含量和蕨类植物含量的迅速增长说明了气温升高, 而花粉沉积速率的降低反映海平面逐渐上升, 研究点与植被源地的距离加大. 全新世(10.2 ka BP以来), 花粉沉积速率进一步降低, 仅约为冰消期的1/10, 说明巽他陆架已完全被淹没, 孢粉主要来自周围岛屿植被. 10.2~7 ka BP期间的早全新世, 低含量的蕨类孢子反映了气温降低; 到中全新世(7~3.6 ka BP)蕨类孢子含量突然升高, 反映了一个相对暖期.     

青海湖QH-2000钻孔沉积物粒度组成的古气候古环境意义

据孢粉记录所划分的气候演化阶段,研究了青海湖QH—2000孔沉积物粒度组成的变化．结果表明,冷干和暖湿气候条件下沉积物的粗颗粒组分明显增多;介于二者之间的气候条件下,沉积物的粒径变化相对较平缓．QH—2000孔沉积物粒度的波动特征表明：晚冰期冰川的消融开始于14300aBP左右;博令(Boelling)暖期是冰川大量消融的时期,冰融水对青海湖的补给结束于博令暖期的晚期,即12000aBP左右;新仙女木冷事件和8200aBP左右的冷事件具有突变性的特点．全新世大暖期结束后,气候在转型过程中具有相对冷暖和干湿的快速波动特征;2100—0aBP间,沉积物粒度的变化特征同人类活动有关．     

冲绳海槽200ka的孢粉记录及冰期-间冰期旋回古环境重建

本文对冲绳海槽中部MD982194钻孔29.78m近200kaBP的岩芯进行了孢粉研究.结果表明,孢粉组合主要表现为裸子植物与草本植物花粉之间的交替.带气囊类的松属、铁杉在间冰期的1,3,5和7氧同位素期显著增高,而草本则在冰期阶段占优,两者的含量变化显示出对冰期-间冰期环境变化的敏感响应.本钻孔发现莎草科花粉在冰期阶段含量大幅度增加,伴随蒿属、禾本科、菊科、藜科和淡水藻类的显著升高.它们与轨道尺度的海平面变化呈现十分吻合的负相关关系.草本花粉总量的周期性变化可以作为该区域海平面变化的替代性指标.末次盛冰期的海平面下降导致陆地与冲绳海槽的距离大幅缩小,源于长江的物质随河流进入大陆架后因流速急剧降低发生沉降,导致上游物质难以被远距离搬运到海槽.因此,冰期阶段冲绳海槽的孢粉物质可能主体来自于大陆架前缘的地表植被,而间冰期带气囊类花粉的比例增大与海岸距离较远和风力搬运物质的比例增加有关.钻孔的孢粉组分更替与气候变化也有显著的对应关系,反映出氧同位素7,5和1期木本含量高,并与东亚夏季风增强和降雨量增大有关.其中MIS5.3,MIS5.1和MIS3.3段的松属花粉峰值可能与轨道和亚轨道周期的地表太阳辐射和季风增强有密切联系.研究认为,盛冰期的东海陆架平原的气温和降雨量都有较明显的下降,但低海面时期裸露的大陆架平原可能并非由半干旱的地带性草原所覆盖,而是以疏林草地及密布的隐域性植被(河流补给淡水湖沼和湿地)组成.海平面变化引起的海岸距离伸缩和源区气候变化对陆源物质通量和孢粉组分更替起到联合制约的作用,而冲绳海槽冰期-间冰期尺度的海岸线距离变化在孢粉信号中的表现要明显强于陆源区域的气候变化.