青藏高原东南部沙鲁里山南端第四纪冰川作用的10Be年代学研究

通常认为青藏高原第四纪发生过4次冰期. 然而, 对于4次冰期的年代学研究显得相对比较薄弱. 位于青藏高原东南边缘的沙鲁里山, 是青藏高原地区第四纪冰川遗迹保存比较好的地区. 利用陆生宇生同位素10Be对该区的羊背石、冰碛垄和冰蚀面进行了暴露年代学的分析. 结果表明, 兔儿山的羊背石的暴露年代为15 ka, 为末次冰期盛期冰川作用的结果, 对应于深海氧同位素2阶段; 老林口道班附近的冰蚀面的暴露年代为130~160 ka, 为深海氧同位素6阶段冰川作用的产物; 库昭日最老一期的终碛垄可能形成于421~766 kaBP, 相当于深海氧同位素12~18阶段. 根据深海氧同位素、极地冰芯以及黄土序列所反映出的12, 14, 16和18阶段的气候特征推断, 这道终碛垄很可能形成于12阶段或者16阶段. 更有可能形成于16阶段.     

东帕米尔公格尔山地区第四纪冰川地貌与冰期

公格尔山是帕米高原最大的现代冰川作用中心,第四纪冰期中冰川有较大规模的扩张,留下了形态较完整的冰川沉积.根据冰碛物的分布与风化程度、冰碛地层的接触关系以及表面黄土或土壤发育状况等,应用ESR测年技术,对该地区的第四纪冰川沉积进行了定年,其年龄分别为（13.1±0.8）~（27.0±2.2）,（36.4±3.3）~（48.7±5.7）,（65.6±6.8）~（86.6±8.9）与（105.6±9.4）~（178.3±17.8）ka.应用地貌地层学原理并结合已有的研究资料,确认公格尔山地区至少经历了6次规模较大的冰进,可分别对应于小冰期、新冰期、MIS2、MIS3中期、MIS4和MIS6.本区末次冰期最盛期发生在末次冰期早冰阶（MIS4）而不是末次冰期晚冰阶（MIS2）,且末次冰期间冰阶（MIS3）中期的冰进幅度比MIS2时大.西坡由于特殊地形与急剧气候变化的影响,山麓地带广泛分布的冰碛丘陵可能是多次冰进沉积的产物,而最近一次广泛冰川覆盖山麓地带形成冰碛丘陵的时代对应于MIS3中期.此外,西坡3500m以下风化较深的冰碛可能代表一次更老的冰川作用,与毗邻的慕士塔格山地区第四纪冰川演化序列进行对照,其时代可能代老于倒数第二次冰期.在北坡,老于倒数第二次冰期的冰碛地形因后期的侵蚀破坏而未能得以很好的保存,仅在盖孜检查站西南更高的陡峻位置保存有相应的疑似冰碛残留.     

关于点苍山“大理冰期”

云南点苍山是大理冰期的命名地, 通过文献查询明确了大理冰期这一概念提出的过程. 基于多次的实地考察, 对云南点苍山冰川地貌进行了系统研究, 建立了该地区第四纪以来冰川活动可靠的年代序列, 明确了冰川发育的规模. 研究结果表明, 点苍山最早的冰川活动发生于30~ 40 ka BP, 之后经历了末次冰期晚阶段、晚冰期、新冰期等各次冰川前进, 直至1.2~1.5 cal ka BP 前后冰川最后消失. 空间上, 该地区的冰川活动仅局限于海拔3600 m以上的主体部分, 低海拔及其周边山体上没有冰川发育.     

天山破城子冰期的冰进及ESR年代学研究

破城子冰期是天山地区第四纪冰期划分中最具代表性的冰期之一,其沉积地形为形态较清晰的多列终碛垅组成,呈扇形展布在最大的现代冰川作用中心托木尔峰东南坡的木扎尔特河河口与山麓带．冰碛地形记录了复杂的冰川进退史,包含着丰富的古环境变化信息,对它们进行研究有助于恢复这次冰期的冰川演化史与重建该地区的古环境．应用ESR测年技术,选用石英颗粒中对光照与研磨作用都较敏感的Ge心作为测年信号,对该处出露完整的沉积剖面Ⅰ层的冰川沉积、数列终碛垅与冰水沉积进行定年,获得3组年代分别为13．6～25．3,39．5～40.4与64．2～71．7ka．结合地貌地层学原理与其它研究资料进行综合分析可得出：破城子多列终碛垅形成于末次冰期,在末次冰川作用过程中该处存在至少3次大的冰进,可分别对应于MIS2,MIS3b与MIS4．MIS2与MIS3b时的冰川为复合山谷冰川,MIS4时的冰川为山麓冰川．三次冰进规模最大时的冰川长度分别约为94,95与99km．     

黔南洞穴石笋古气候变化记录及终止点Ⅱ的确定

通过对黔南地区三个大型石笋进行TIMS-U系测年和碳、氧稳定同位素分析, 获得了163~113.8 ka高分辨率的古气候记录. 石笋氧同位素的记录曲线揭示, 在万、千年尺度上, 研究区冰期的降温和间冰期回暖的波动特征, 可与冰芯、湖泊、黄土、深海岩芯记录相比较, 其记录的气候波动与全球具有一致性, 显示与北极地区存在着古气候的遥相关. 研究表明, 石笋记录所反映出的古季风环流变化的直接动力可能来自全球冰量变化, 即主要受北半球日照辐射强度、北大西洋冰漂碎屑带的扩张以及低纬度太平洋海表面温度变化等因素的影响. 根据d18O值进行了温度计算, 获得了研究区冰期(相当于深海同位素6阶段的中后期, 平均为8.1℃, 最低为－1.43~0.65℃)与间冰期(相当于深海同位素5E段, 平均为18.24℃)之间的年均温差达10℃左右(与冰芯记录的温度变化幅度大约为10℃, 大体相一致), 显示东亚夏季风与冬季风环流强度具有显著的差异. 通过对3个石笋的精确测年, 确定倒数第2次冰期的终止点Ⅱ的年龄为129.28±1.1 ka, 这一界线的年龄代表了末次间冰期开始的年代, 即是中更新世与晚更新世的分界年龄, 与冰芯和深海SPECMAP氧同位素曲线上末次间冰期的起始年龄相一致.     

从古气候学历史看Nicholas Shackleton的学术贡献

Nicholas John Shackleton生前是英国剑桥大学地球科学系教授.因为在利用氧-碳同位素研究第四纪气候变化方面的奠基性工作,他于1995年获得Crafoord地球科学奖.他的主要学术成就包括:(1)改进了同位素质谱仪,使得小样品测试成为可能,并确立了深海氧同位素可以作为全球冰量的指标;(2)提供了验证米兰科维奇假说的深海氧同位素关键证据;(3)对建立轨道调谐年代序列作出了突出贡献;(4)在古大洋环流及CO2对全球气候的驱动和响应方面做了开创性研究工作.Shackleton教授被誉为"深海氧同位素之父",他的里程碑式的研究影响着20世纪下半叶古气候的发展历程.本文简要介绍Shackleton教授的学习与科研工作经历、主要的学术成就及成功的素质,希望从中得到一些对中国科学家有益的启示.     

青藏高原东部RM孔140ka以来湖泊碳酸盐同位素记录的古气候特征

通过若尔盖盆地RM孔湖泊化学沉积碳酸盐氧、碳同位素代用指标,重建了该区近140ka以来的古气候演化历史,其中末次冰期气候至少存在有7次暖波动及5次冷事件,其波动特征可与冰芯及深海记录相比较;而末次间冰期内部的次级波动与格陵兰冰芯GRIP氧同位素记录相一致,早期的Eemian暖期也存在两次冷波动.研究结果揭示了末次间冰期和冰期气候的不稳定性.色素和碳酸盐含量指标也具有与氧同位素记录相似的结果.     

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.     

南海西沙海槽末次冰期以来浮游有孔虫与表层水温

对南海西沙海槽SA12-19柱状样进行高分辨率的浮游有孔虫和氧碳同位素分析, 并进行14C测年. 结果表明它包含了氧同位素1～3期(第3期不全), 即晚冰期～冰后期的沉积. 对浮游有孔虫定量分析结果, 采用古生态转换函数FP-12E计算各样品所代表的表层海水古温度. 结果表明, 氧同位素1～3期, 本区温跃层有增大的趋势, 尤其在中全新世出现温跃层短暂加深的现象. 表层海水温度全新世冬季23.3～27.2℃, 夏季28.8～29.8℃; 氧同位素2期冬季21.4～24.4℃, 夏季28.1～29.0℃; 氧同位素3期冬季表层水温为21.9～25.2℃, 夏季为28.5～29.3℃. 氧同位素2期冬季表层水温比1期低2~ 6℃. 在冰期向冰后期过渡中出现明显温度回返的“新仙女木事件”.     

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.     

乌鲁木齐河河谷地貌与天山第四纪抬升研究

乌鲁木齐河谷出山口分布400多米厚的沙尔巧克砾石层, 是本段天山隆升形成的磨拉石建造. 一次扩大边界的构造抬升事件使沙尔巧克砾石层堆积终止, 于其前缘发生褶皱断裂, 并开始下切. 砾石层顶部测年表明, 这一时间发生于1148 kaBP, 应该是天山对青藏高原昆-黄运动的响应. 此后是河流反复切割和堆积的阶地形成时期, 共形成9级阶地. 运用ESR和TL测年技术, 第3级阶地与后峡至二营第2级阶地堆积于氧同位素6阶段, 5, 6级阶地分别堆积于338 ka和562～591 kaBP. 同位素12阶段发生最早的高望峰冰期.     

念青唐古拉山西段冰碛垄漂砾~(10)Be暴露测年及末次冰期序列

气温和亚洲季风降水变化影响青藏高原冰川的进退,念青唐古拉山西段末次冰期年代的研究能够为认识季风影响过渡带的冰期气候特征提供重要依据.然而,该地区末次冰期时代及其南北坡是否存在差异仍不确定.本文采用10Be暴露测年方法,对青藏高原南部的念青唐古拉山西段北坡的爬玉王山谷谷口两道冰碛垄的年代进行测定,确认内侧冰碛垄为末次冰盛期产物,年代为(18.0±1.7)~(30.6±2.8)ka(n=10).外侧冰碛垄时代为(18.0±1.6)~(39.9±3.7)ka(n=5),可能对应MIS3阶段或更早的冰进.与念青唐古拉山西段南坡10Be暴露年代对比表明,念青唐古拉山西段末次冰期最大规模冰进可能发生在MIS3阶段,与全球降温不同步,具有异时性,但在区域内则具有同时性,可能响应北半球千年尺度气候变化.     

新仙女木及全新世早中期气候突变事件: 贵州茂兰石笋氧同位素记录

在贵州荔波董歌洞D4石笋上部45~193.6 cm处, 通过系统的TIMS-U系测年及碳、氧稳定同位素分析, 取得了平均分辨率达90a的同位素记录, 其时限范围为3.9~15.7 kaBP. 研究表明, 末次冰期最后一次冷事件——YD(新仙女木)事件, 在D4记录得到明显的揭示, 其开始的时间为12.80 kaBP, 结束于11.58 kaBP, 降温幅度较大. 末次冰期的结束相当于海洋同位素记录的终止点Ⅰ, 其时限为11.3 kaBP. 早、中全新世最明显的3次冷事件分别发生于10.91, 8.27以及4.75 kaBP, 降温幅度可达2~5℃. 石笋δ¹⁸O记录的这些千年百年尺度气候突变事件, 在发生的时间及其延续年代范围上, 都可以与格陵兰GISP2冰芯进行对比. 8.27及4.75 kaBP冷事件, 也可以和爱尔兰CC3石笋记录进行对比, 说明中国季风区与西欧以及极地的短尺度气候变化可能源于同样的驱动因子, 它们可能具有全球意义. 另外, 一些时间段记录曲线的走向表现出明显的不同, 则可能是反映季风气候区与极地环境的差异所致.     

末次冰期南京石笋高分辨率气候记录与GRIP冰芯对比

对采自南京汤山洞穴一支长400余mm的石笋进行了高精度TIMS-U系定年和氧碳同位素测试,建立了末次冰期中晚期(54000～19000aBP)中国东部高分辨率的古气候变化时间序列.从石笋氧同位素变化曲线中,不仅检出东亚夏季风降水史中的Heinrich事件,而且首次发现了末次冰期东亚夏季风活动区气候变化同样存在着Dansgaard-Oeschger旋回,与极地GRIP冰芯记录有良好的对比关系.但明显的差别主要有(1)中国东部气候变化的干冷化趋势十分明显,由石笋氧同位素曲线构成的连续4个Bond旋回,迭覆在末次冰期长期变冷的气候背景上,可能与青藏高原MIS3阶段特强夏季风事件有关;(2)石笋气候曲线反映的干冷事件与GRIP冰芯中的对应事件存在1000～2000a的相位差,似有必要考虑不同测年方法相互校正问题.     

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.     

青藏高原北部砾石粒径变化对气候和构造演化的响应

青藏高原周边广泛分布的晚新生代砾岩是高原强烈隆升的产物, 但也可能仅仅是气候变化造成. 通过对青藏高原北部代表性砾岩, 酒西盆地老君庙剖面上部酒泉砾石层和戈壁砾石层进行详细的砾石粒径变化研究, 发现约0.8 Ma以来酒泉、戈壁砾石层砾石粒径不仅具有明显的变粗趋势, 而且还发育了9个显著的粗细变化旋回, 并且可与黄土-古土壤和深海氧同位素气候旋回进行良好对比, 粗、细砾石层分别对应于季风气候的暖湿和干冷时期, 具有显著的大约10万年和4.1万年周期. 由于我国西北第四纪晚期的气候是持续变干, 因此, 初步认为酒泉-戈壁砾石层中砾石粒径的持续变粗反映了高原第四纪晚期持续强烈的构造隆升, 而其中的旋回是对第四纪冰期-间冰期气候旋回变化的响应, 后者叠加于前者之上, 从而为高原周边砾岩层主要是高原强烈隆升的产物提供了重要的证据.     

风成沉积物4～16 μm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

风成沉积物4~16 mm石英氧同位素记录及其物质来源意义

通过对灵台剖面7.0 MaBP以来的黄土-红粘土堆积以及黄土高原和北京6个马兰黄土剖面的石英氧同位素分析, 发现石英氧同位素比值受沉积后作用的影响不明显, 同一粒径颗粒的石英氧同位素比值比较能够较好地反映源区变化特征; 灵台剖面红粘土的氧同位素比值的变化范围以及波动特征和第四纪黄土-古土壤相似, 表明红粘土和其上的黄土有类似的沉积物源系统; 此外, 整个剖面上的石英氧同位素比值的波动可能仅反映了物源区域的变化.     

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 .     

皖南-浙西南华系沉积构造环境研究

皖南-浙西地区南华系与上下地层的关系往往被误读为不连续.本文认为皖南南华系厚度变化比较大,但均包含两个冰期和一个间冰期的记录;虽然湘黔桂鄂地区南华系地层有3个冰期地层单位,但是本文认为华南只可能有两个统一的新元古代冰期;湘黔桂鄂下面的两个冰期单位(即长安组和古城段(组))应同属于江口冰期;由于古城段未见于下扬子地区,故它只能是个次一级的冰期,可称为冰段.通过地层厚度分析,初步恢复了皖南-浙西地区南华系盆地地理形态,并进一步指出裂谷构造作用和冰川作用是共同造就巨厚冰期地层的两个因素,缺一不可;其中冰川作用是主动的,而裂谷构造作用是被动的、继承性的,是被重新激活的.