末次盛冰期和全新世大暖期毛乌素沙地的空间变化

沙漠/沙地边缘和内部的古风成沙层、砂质古土壤是重建晚第四纪以来地表变化的直接地质证据.位于我国北方半干旱区的毛乌素沙地,其地表过程对气候变化响应敏感.在对毛乌素沙地进行野外拉网式调查以及前人研究的基础上,我们在沙地南部和东部的沙漠-黄土过渡带发现了大量的埋藏古风成沙丘沉积,指示了干冷期沙漠扩张的最南、东界限;沙地内部广泛发育的砂质古土壤则表明在气候相对暖湿期地表植被生长,土壤发育,沙丘基本被固定.对14个典型风成沙/黄土/古土壤沉积剖面进行了光释光年代学样品的采集和测试,结合空间分析和他人研究结果,发现在末次盛冰期(约26 ～ 16ka),毛乌素沙地的流动沙丘向南、东扩张,扩张距离现代边界约30～ 50km,面积扩大至少约10000km2,占现代沙地面积的25％;在全新世大暖期(约9～5ka),毛乌素沙地大部分被固定,发育了较厚的砂质古土壤.研究结果揭示了毛乌素沙地的地表过程对末次盛冰期和全新世大暖期气候变化的直接响应.     

晚更新世末期北方陆架区沙漠-黄土堆积群的初步研究

晚更新世末期,强劲古季风活动的结果,在中国西部形成沙漠-黄土堆积群(黄土高原及其以西或西北的沙漠区),当它到达陆架区以后,风蚀作用继续存在,会产生同样的地质效果,因而在中国东部陆架区,形成两个新的沙漠-黄土堆积群。其一为渤海沙漠-黄土堆积群,包括渤海海底、渤海海岸一带的古沙漠活动区和辽东半岛西岸、庙岛群岛以及山东蓬莱以西的含有孔虫的黄土沉积。其二为黄海沙漠-黄土堆积群,包括苏北浅滩和长江三角洲地区全新世以前的沙漠活动区和南京一带的下蜀黄土。      

亚洲粉尘的源区分布、释放、输送、沉降与黄土堆积

根据亚洲粉尘关键区域(中国沙漠、黄土高原、青藏高原和中国历史降尘区)大气气溶胶中15～28种元素的浓度-粒度分布、沉降速率和通量分析,以及元素示踪系统的进一步解析,发现中国北方沙漠存在两个粉尘地-气交换较活跃区域,即中国西部沙漠和北部沙漠高粉尘区,且证明这两个区域及其邻区是亚洲粉尘和黄土高原黄土主要源区的中心区域;通过对5个亚太区域粉尘沉降量的模式估算,得出亚洲粉尘释放总量每年约为800Tg,约相当于全球沙漠排放总量的一半;粉尘与黄土的对比表明,亚洲粉尘区域尺度输送受季风环流控制,但间冰期时并不取决于尘暴过程,而全球尺度输送主要由高空西风完成,无论冰期、间冰期均受尘暴过程控制;粉尘通量的结果表明干沉降是粉尘在黄土区沉降的主要过程,且晚第四纪粉尘沉积的再改造份额不超过其沉积总量的10%;元素示踪系统应用于风成黄土,发现在间冰期北部沙漠源区输出的粉尘量增加,而在冰期西部源区输出的粉尘量增加.这种晚第四纪亚洲粉尘“源区摆动”的快速变化其实是全球千年尺度气候变化的一环,并可视为过去北半球大气环流长期变化的代用序列.     

风尘堆积常见的同沉积和沉积后改造特征及其环境意义

黄土堆积作为气下沉积,任何一个深度都曾经暴露于地表,因而必然受到相关地表过程的作用.由于这些过程均发生于特定的环境条件下,形成的特征多数具有明确的环境意义;而黄土在沉积后也可能受到各种地质过程的改造,从而对研究中常用的气候代用指标有一定影响.文章基于野外、微形态等分析,结合前人成果,对我国北方新近纪风尘堆积中常见的同沉积和沉积后改造特征、形成过程及环境意义进行研究.由于一些特征在黄土堆积中具有普遍性,可作为识别风成堆积的标志和环境事件研究的指标,并有助于全面理解常用的替代指标的环境意义.     

中国东部陆架黄土成因的新探索

晚更新世末期出露了的陆架平原成为北半球沙漠带的最东端,并在那里出现了面积不等的沙漠一黄土堆积系列。许多研究者已经发现陆架沙漠－黄土堆积群中普遍含有有孔虫、放射虫、海绿石和粒度组成较粗等特点,大多数黄土沉积都属于近源沉积,真正能随高空气流进行洲际输送的黄土物质,是一些非常细粒的尘埃。中更新世期间,苏北宿迁一带的第三纪紫红一红色粘土就已经出露地表,并经常受到风暴的侵蚀。当紫红－红色粘土被搬运到丘陵一带时,就形成了下蜀土沉积;当它落在湖相环境时,就形成了岩芯中所见到的杂色粘土。因此,下蜀土也属于近源沉积。     

不同时间尺度洛川塬地貌演化与侵蚀量估算

黄土高原降雨集中与黄土沉积松散等特性,使地表侵蚀严重.洛川塬作为黄土高原中部典型的地貌体,堆积了完整的第四纪黄土-古土壤序列,成为揭示我国乃至东亚第四纪环境演变的重要地质记录.另一方面,现在洛川塬遭受强烈侵蚀作用,沟谷密度大于2km/km2.对洛川塬地质时期侵蚀程度的定量认识有助于全面理解黄土高原堆积和侵蚀过程,进而定...     

钻探揭示的青藏高原东北部黄土地层与第四纪气候变化

青藏高原地表侵蚀强烈,不利于保存连续的第四纪松散沉积物,难以获得良好的高原环境变化记录.在青藏高原东北部的西宁-互助地区,堆积着厚层黄土,是认识高原第四纪环境演化和气候变化重要的信息载体.但是,由于次生黄土披覆较厚,露头剖面不完整,长久以来,对这套风成沉积没有进行过全面细致的研究.根据钻探岩芯揭示的土壤地层、磁性地层以及磁化率变化,初步认为青藏高原东北部厚层黄土堆积底界的年代大约为2.0Ma.黄土-古土壤序列可以与黄土高原中部的标准黄土地层对比,但青藏高原黄土有着更为复杂的沉积和侵蚀过程.在具有较好年代学控制的基础上,可以重建第四纪气候变化的某些细节.在冰期-间冰期时间尺度,青藏高原第四纪气候变化与中国北方气候变化对应,但是,在早更新世青藏高原古气候变化有幅度大和频率高的特点.根据与标准黄土堆积的时间序列对比,在距今129～71ka, 254～188ka, 334～279ka, 428～385ka, 576～471ka, 670～658ka, 748～706ka, 788～760ka, 883～853ka, 1000～967ka, 和1120～1061ka等时间段,青藏高原东北部古气候相对温暖湿润;其间厚层的黄土/砂层堆积,即71～12ka, 188～130ka, 380～334ka, 471～428ka, 658～576ka, 853～788ka, 1273～1265ka 和1727～1640ka等时间段则反映了寒冷干燥的气候,可能与冰川发育对应.对高原黄土堆积的环境替代性指标的深入研究,不仅可以揭示古气候变化过程,而且可能为研究青藏高原冰川变化提供有价值的线索.     

河西走廊及其毗邻地区地表物沉积元素特征

笔者分析了河西走廊及其毗邻地区的戈壁(石漠)、河流平原(石羊河与黑河流域)、沙漠(腾格里和巴丹吉林)以及祁连山北麓等地表沉积物的元素组成,并对研究区不同地表类型沉积物和洛川黄土的元素组成进行对比。结果表明:研究区不同地表类型松散堆积物之间地球化学特征具有较好的一致性,可能来自于祁连山的高山作用过程,即从祁连山至沉积尾闾的物质搬运导致研究区物源趋于一致;洛川黄土和研究区微量元素以及特征元素配分模式吻合较为良好,暗示了黄土高原的粉尘物质源区可能主要为河西走廊及其毗邻地区的戈壁、河流平原以及沙漠;细粒物质在祁连山向河西走廊的搬运过程中,物质经过一定程度的风力和水力分选,造成粗颗粒物质富集。因此,戈壁、河流平原和沙漠地表细粒物质风化指数较祁连山坡麓沉积物偏低。其中,腾格里和巴丹吉林沙漠又经受风力作用,中值粒径最大、风化指数最低。     

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。     

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。     

Regional lithofacies and pedofacies variations along a north to south climatic gradient during the Last Glacial period in the central Loess Plateau,China

Five lateral sand–loess–palaeosol continua occur within the last glacial sediments of the central Loess Plateau of China along a 500 km north to south climatic gradient. The continua shift southward or northward in concert with desert expansion or contraction, respectively. Lateral lithofacies (desert sand to loess) variations are evident at the north end of the gradient and follow Walther's Law of the correlation of facies. Lateral pedofacies (loess to palaeosol) variations are present near the south end of the gradient, where the climate was warmer and wetter. The lateral stratigraphic changes from sand to loess or loess to soil are driven by variations in the rate of sedimentation along a climatic gradient.Vertical stratigraphic profiles at the north end of the gradient reveal alternating sand and loess beds. In contrast, alternating loess and palaeosols occur within the same stratigraphic interval in the southern Loess Plateau, where dust accretion rates were lower. However, in high resolution studies of climate change vertical profiles of alternating loess and palaeosols (especially weak palaeosols) may not reflect regional or global climate change. Alternating loess and weak palaeosols may reflect local variations in the balance between the rates of dust accretion and pedogenesis. Local fluctuations in either of these rates could result in the presence of time equivalent loess and palaeosols at high resolutions. Thus, some of the high resolution loess-palaeosol alternations may reflect local climatic variation rather than global or hemispherical climate change.     

Holocene environmental change inferred from the loess–palaeosol sequences adjacent to the floodplain of the Yellow River, China

Chinese loess deposits are generally considered to be the product of dust storms and dust falls from the central Asia arid zones that were transported across China by the northwesterly continental monsoon. In contrast, the Zhengzhou Loess found southeast of the Loess Plateau, adjacent to the floodplain of the Yellow River, records a different eolian regime and dust source. The Zhengzhou Loess was investigated by field observations, measurements of magnetic susceptibility, particle-size distribution, loss-on-ignition, CaCO₃ and chemical contents. Both field observations and the laboratory results indicate that, during the last glacial, the Zhengzhou Loess was supplied by two different eolian regimes and dust sources, one was from the fresh flood deposits of the Yellow River driven by the northeast winds from the low-lying floodplain, and the other was from the dust storms and dust falls that traveled across the Loess Plateau driven by the northwesterly continental monsoon from the central Asian arid lands. The early Holocene, 11,500–8500 a BP, was a transition during the change in eolian regime and dust source because of the weakened northwesterly monsoon along with the global climatic amelioration. Following the retreat of the northwesterly monsoon from the onset of the mid-Holocene Climatic Optimum at 8500 a BP, dust supply from the drifting sand zone on the Yellow River floodplain became dominant because of the intensified strength of the northeast winds from the Bohai Sea. From 3100 a BP onwards, climatic aridity and extensive human disturbance have resulted in intensive eolian processes causing the incursion of the drifting sand into the Zhengzhou Loess zone. These results show that loess accumulation is more complex than traditionally assumed. The origin of loess deposits elsewhere outside the Loess Plateau may be related to dust sources derived from alluvial sediments of major river systems.     

中国黄土的物质来源及其粉尘的产生机制与搬运过程

长期以来,黄土高原的物质来源被笼统认为来自包括西北三大内陆盆地(准噶尔、塔里木、柴达木)在内的广阔的沙漠、戈壁地区,而且中国黄土被看作“沙漠”黄土的典型代表。但我们最新的研究揭示出,源自准噶尔和柴达木盆地的粉尘主要由低空气流搬运,受下风方向的山脉阻挡,就近堆积成山麓黄土。源自塔里木盆地的粉尘如果被近地面风搬运,则不可能移出盆地,而是堆积在昆仑山北麓,但如果被飙升到高空,则被西风急流携带,移出盆地而降落在北太平洋地区,无论哪种情况,该盆地的粉尘都不可能对黄土高原有重要贡献。因此,西北三大内陆盆地并非黄土高原的重要物源,而蒙古国南部及与之相邻的包括巴旦吉林、腾格里、乌兰布和、库布其、毛乌素等在内的戈壁、沙漠地区才是黄土高原的主要物质来源区,且主要由近地面风(基本在3000m以下)从上述戈壁、沙漠地区搬运而来。中国黄土并不能简单看作“沙漠”黄土,包括冰川研磨作用、山体剥蚀作用、山前冲洪积作用等在内的“高山过程”,才是产生大量粉土级物质的原因,戈壁、沙漠、黄土的带状分布,只不过是近地面风对山前冲、洪积物质的风力分异而已。     

黄河沙量记录与黄土高原侵蚀

龙门黄河沙量记录研究揭示,黄土高原黄土的侵蚀现象是我国脆弱的黄土环境中出现的一种天然环境地质过程。在年际时间尺度上,其侵蚀强度表现出明显的脉动特征,且与太阳黑子活动周期有密切关系。迄今黄土高原上的人为经济活动并未明显加速这一侵蚀过程或改变它的脉动特征,因而人为活动不是支配黄土高原黄土侵蚀的主导因素。     

三峡巫山黄土Sr-Nd同位素组成与物源示踪

巫山黄土作为中国南方黄土的重要组成部分,弄清该区的物源将为破译这一宝贵沉积记录提供重要的环境信息.对巫山黄土剖面进行了系统取样和Sr-Nd同位素分析,并与黄土高原同期黄土及近源的河流沉积物等进行了比较.结果表明,巫山黄土的87Sr/86Sr值变化范围为0.717 411~0.719 163,平均值为0.717 998,与黄土高原末次冰期黄土的87Sr/86Sr值（变化范围为0.718 235~0.719 673,平均值为0.718 623）几乎一致;巫山黄土ε_Nd（0）值在-10.1~-11.7之间,平均值为-11.4,明显与长江上游现代河漫滩沉积物ε_Nd（0）值（-5.9~-7.2）差别较大,而与黄土高原黄土ε_Nd（0）值（-9.2~-11.3）接近.研究结果表明巫山黄土的粉尘主要为北方输入,与黄土高原黄土同源.据此认为,巫山黄土的形成并不是因为冰期导致三峡地区干旱河滩干涸暴露而引发粉尘近源堆积,这与近年来长江下游下蜀黄土的研究结果有所不同.      

Aeolian Deposits in the Yarlung Zangbo River Basin,Southern Tibetan Plateau: A Brief Review

The Yarlung Zangbo River is located in the southern Tibetan Plateau. Loess since the geological history and modern aeolian sand dunes are widely developed in the basin, bearing rich information on the aeolian processes and environmental evolution. In this work, we reviewed the main research progress of aeolian deposits in the Yarlung Zangbo River basin in recent years, and discussed the distribution characteristics, accumulation age, sediment characteristics and provenance and the possible formation mechanism of aeolian deposits and the history of aeolian activity. The results show that loess is mainly developed on the river’s terraces and some of the hilltops, and mostly formed since the last glacial maximum and mainly developed since Marine Isotope Stage 1 (about 14 ka BP), while aeolian sand deposit is mainly developed in the river’s wide valley, with relatively short accumulation time. The sediment particles mainly underwent mechanical transport and physical weathering, but chemical weathering was weak. Although the physical and chemical properties of sediments show some spatial changes, there still exist obvious local characteristics, which are closely related to the nearby surface sediments. Under the background of aeolian source, the local-source genesis of loess is generally recognized. The surface loose material at the bottom of valley is main material source of aeolian deposits. The evolution of aeolian activity is relatively complex. In addition to the regional climate change, the local environment is also an important factor affecting the aeolian activity and its regional difference. Based on the previous studies, we suggest that the systematic study on the physical and chemical properties of aeolian sediments, climate change since the Holocene and the impact of dust emission on human living environment should be strengthened in the future research.     

黄土高原的地理信息系统(GIS)试研究

黄土高原水土流失举世瞩目,现在的侵蚀继承和发展了古代的侵蚀,受自然和社会双重因素制约.随着人类社会进步和历史演进,自然与社会因子影响侵蚀的比例不断发生改变.本文从数字黄土高原的角度研究黄土的分布特征和堆积、侵蚀过程,建立了地貌、地质、黄土剖面、水文等空间数据库,研制数字黄土分布图件,展示黄土分布特点,构建黄土的三维分布模型,模拟主要地质时期黄土分布,探讨了侵蚀过程和人类活动对侵蚀的影响.     

山东青州地区黄土的粒度组成及成因分析

在鲁中山地北侧的山间谷地及山麓地带广泛发育厚度不一的黄土堆积。对该区青州傅家庄黄土剖面进行了系统的粒度分析, 并与黄土高原的第四纪黄土-古土壤、北京现代降尘、剖面附近的河流相样品进行了对比。结果表明, 青州黄土的粒度分布特征与北京现代降尘、黄土高原黄土非常相似, 与河流相样品则有很大的不同; 在整个序列中, 青州黄土粒度变化与黄土高原典型的风成黄土、古土壤一致, 黄土层颗粒粗, 古土壤层颗粒细。上述结果从沉积学的角度为青州黄土风成成因提供了证据。青州黄土的粒度组成特征及前人的研究表明, 青州黄土主要来源于沉积区以北的黄泛平原和莱州弯等地出露的海相地层, 其次是高空气流携带的西北内陆的远缘粉尘。      

黄土高原风尘沉积的物质来源研究:回顾与展望

黄土高原风尘沉积是青藏高原构造隆升和东亚季风系统共同影响下的产物。由于风尘物质的来源变化,不仅反映了亚洲内陆的干旱化过程,而且同过去大气环流格局变迁关系密切,因而,风尘物质来源的示踪一直是黄土研究的热点问题之一。文章首先回顾黄土来源的示踪方法、黄土物质的可能源区以及黄土物源在构造和轨道时间尺度上的变化特征3个方面取得的研究进展,然后探讨目前物源研究存在的问题及未来的研究展望。