新近纪以来中国黄土高原的风尘记录

通过对黄土高原中部两个典型的风尘堆积序列的岩性和磁性地层研究 ,认为中国黄土高原风尘堆积的开始发育年龄至少约为 7.2 Ma B.P.。以红粘土和黄土—古土壤交互出现的风尘沉积 ,不仅真实地记录了东亚季风气候的形成演化 ,而且可能包含了青藏高原的阶段性隆升、北半球冰盖形成演化及大冰期发生等构造气候事件的印记。反映粉尘源区的干燥度及携带粉尘的大气环流强度的风尘沉积速率自 7.2 Ma B.P.开始、尤其是 4.5 Ma B.P.以来逐渐增大 ,似乎暗示了自新近纪以来亚洲内陆粉尘源区干旱化的逐级发展和东亚冬季风环流强度的逐渐增加     

晚中新世以来亚洲季风阶段性演化的海陆记录

本文在综合对比晚新生代以来中国黄土高原黄土一红粘土沉积、西北太平洋粉尘沉积、南海有孔虫、阿拉伯海有孔虫记录的基础上,探讨了大约8Ma以来亚洲季风的阶段性演化历史。结果发现,黄土高原粉尘沉积在8Ma前后大规模出现,在3．5Ma前后大幅增加;印度季风在8Ma前后形成(或显著加强);南海ODP1146站位浮游有孔虫Neoglcboquadrina丰度也有两次明显增加,表明海水表面温度不断降低和海洋生产力的增加,指示东亚冬季风作用增强。北太平洋()DP885／886钻孔风成粉尘通量也有增加,指示亚洲内陆进一步的干旱化和冬季风作用的增强。印度洋沉积通量在11Ma前后开始增加。在9～8Ma时出现峰值,表明喜马拉雅山和青藏高原南部逐渐隆起。当隆起达到足够高度时,导致亚洲内陆干旱气候带扩大,同时提供大量粉尘并向东传输到中国北方和北太平洋地区。青藏高原北缘山前盆地的沉积记录显示,在3．6Ma时,高原北部的进一步快速隆升过程可能影响到整个高原,从而导致亚洲内陆更加干旱化,东亚季风增强,粉尘沉积加快,南海及印度洋陆源沉积作用加剧。     

晚新生代黄土高原风尘堆积与粉尘源区干旱化问题

基于黄土高原风尘堆积的岩性和磁性地层研究 ,计算了晚新生代黄土高原风尘堆积速率变化 ,并与深海沉积记录的粉尘通量变化对比 ,初步探讨了海陆风尘沉积记录的晚新生代亚洲内陆粉尘源区的干旱化过程 ,揭示出自 4 5MaB P 以来粉尘源区干燥度的逐级增加 ,尤其是在 3 6 2 6MaB P 时段黄土高原风尘沉积速率和ODP885 / 886孔粉尘通量的显著增加 ,暗示可能由于青藏高原在此时段加速隆升所造成的亚洲内陆粉尘源区干燥度的急剧加强。     

黄土高原风成沉积物磁化率各向异性研究

中国黄土高原粉尘堆积以往注重从物源区携带粉尘的古风向,对粉尘沉积→固结期的古风向缺乏研究.本文评述了近年来应用黄土高原黄土、红粘土磁化率各向异性研究古季风风向变迁所取得的一些重要进展并指出磁化率各向异性最大轴和最小轴的方位和倾伏均与沉积→固结期风向变化密切相关.黄土磁组构结果与利用各种统计方法计算出的古风向在多个剖面与现代夏季风方向相似,由此推论黄土是冬季风带来的沙尘在经历夏季风携带的降雨洗礼后才固结而成.而在黄土之下的红粘土地层中的初步研究发现磁组构显示明显的西风带沉积特征,指出这一现象将在今后研究中继续深入探讨.     

黄土高原新近纪红粘土粒度特征及环境意义

黄土高原红粘土的风成成因已得到一致的认可，目前发现最早的红粘土出现在渐新世末中新世初，表明古近纪末中国西北内陆地区干旱化环境就已形成。黄土高原红粘土的粒度特征显示自北而南平均粒径逐渐减小，表明了初始的季风系统已经建立，冬季风对风尘物质的传输具有重要作用。红粘土的粒度分布曲线显示其有两个组分组成，其中粗粒（>20μm）代表了近地面风（冬季风）传输部分，而细粒（<5μm）代表了高空西风传输部分，粒度组成特征很好地记录了大气环流的发展变化。自渐新世末，六盘山以西的红粘土显示在21.3～20.2 Ma、16.0～13.3 Ma和8.7～6.9 Ma三个时期平均粒径增大，沉积速率升高，其可能与全球变冷和青藏高原阶段性隆升有关，其中8.7～6.9 Ma主要受全球变冷控制。而六盘山以东的红粘土剖面，粒度变化特征显示在7.6～6.2 Ma，或至5.4 Ma粒径都较粗，表明冬季风较强；之后至3.6 Ma平均粒径较细，沉积速率较低，指示了冬季风发育较弱，为气候环境较好的阶段；从3.6～2.6 Ma，大多数剖面都显示平均粒径增大，沉积速率增加，冬夏季风同时增强，进入向第四纪冰期过渡的阶段。北极冰...     

末次间冰期以来黄土-古土壤序列的磁组构特征及其指示的古风向

黄土高原粉尘物质的搬运、沉积过程与来自中高纬度地区的季风密切相关。研究冬季风演化历史将有助于深入理解全球变化背景下,东亚地区气候变化的动力机制。通过对黄土高原的磁组构研究发现:1)各向异性度(P)与磁面理度(F)相关性较高,因此各向异性主要由磁面理引起,磁化率椭球体为压扁状;2)磁面理大致水平,K3近垂直于水平面;3)黄土平均磁面理为1.007,古土壤为1.004,古土壤层的磁面理与各向异性度均要低于其下伏的母质黄土层。成土作用在某种程度上破坏了黄土的原生磁组构;4)P,F和粉尘粒度间具有一定内在联系,一般而言冬季风越强,搬运的粉尘颗粒越粗,从而导致在沉积过程中形成较高的磁面理;5)K₁方向的等面积赤平投影图和玫瑰花图解表明,末次间冰期以来该地区的主导风向为NW向冬季风。     

元素地球化学揭示的长江中游鄱阳湖地区中更新世以来粉尘堆积的物源特征及其环境意义

位于长江中游的鄱阳湖地区深受东亚季风影响,因其特殊的地理、地貌与水文、水系特征,自中更新世以来随着冬季风的加强,在大姑组、九江组砾石层之上风成堆积广泛发育。该区域中、上更新统表现为网纹红土、均质红土和下蜀黄土的独特沉积序列,厘清这三套独特沉积序列的物质来源对于我们认识东亚季风演化及其区域环境响应至关重要。本文选择了长江中游鄱阳湖地区10个典型剖面,基于<20μm颗粒组分的元素地球化学特征,研究了该地区中、上更新统粉尘堆积的特点,并将其与黄土高原西峰黄土和东秦岭黄土做了对比分析。研究认为,长江中游鄱阳湖地区这套独特的沉积序列,元素特征基本相似,具有贫Co、Pb,富Zr、Hf,低Eu/Eu^*(0.53~0.62)、LaN/YbN(4~8)、Ta/Zr(0~0.006)、Nb/Zr(0~0.09),高Y/Ho(28~30)、Zr/Hf(36~48)等特点,与黄土高原与东秦岭黄土有显著区别。基于Hf-Th-Co、Th-Sc-Zr/10和Th-Sc-La蜘蛛图投影分析,鄱阳湖地区第四纪粉尘物质的源岩接近于石英岩类,为被动大陆边缘构造背景下的产物,显著区别于黄土高原与东秦岭黄土(源岩接近于页岩,形成于大陆岛弧构造背景)。进一步分析认为,网纹红土、均质红土的母质均与区域下蜀黄土类似,推测它们均来自于其冬季风上风方向的长江或赣江的古河谷漫滩,这套独特的沉积序列是第四纪以来长江中游现代格局的水系贯通后,冬季风增强,吹蚀大江大河广阔的古河谷漫滩而形成的区域粉尘堆积的结果;是湿热的亚热带季风区对于中更新世以来在轨道尺度上冬夏季风均加强的背景下独特的区域响应。     

中国黄土粒度的双峰分布及其古气候意义

中国黄土的粒度分布由分布峰度较高、分选较好的粗粒组分和分布峰度较低、分选较差的细粒组分叠加组成;前者代表了冬季风盛行季节近距离低空搬运的粉尘物质,其粒度指示了东亚冬季风所主导的近地面气流的强度,它在全样中的含量可能反映了冬季风粉尘的沉积通量;细粒组分可能主要为常态存在的、由高空气流搬运的远源粉尘,代表了黄土高原原始粉尘的本底,它的粒度特征与北太平洋西风带粉尘基本一致,可能指示了主要由西风带控制的高空气流的强度。黄土的粒度分布函数可用代表这两个组分分布的两个WEIBULL函数的和函数表示。用实测粒度分布数据对分布函数进行拟合可计算出该分布函数的各参数,同时可获得黄土粒度的两个组分各自的分布函数及两个组分在总样中所占的百分比。     

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.     

2.6Ma前后大气环流重构的黄土—红粘土沉积证据

为重建第三纪红粘土堆积晚期搬运粉尘的主导性风向,我们在黄土高原采集４年南北向分布的红粘土剖面,分析了它们的沉积学特征;此外,还对黄土高原一条南北向断面上的过去０．１３Ｍａ以来的黄土地层进行了沉积特征分析。结果表明,红粘土的颗粒粗细并没有南北向分异现象,从而与粒度从北到南快速变细的黄土沉积形成鲜明对比。     

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。     

Mollusk record of millennial climate variability in the Loess Plateau during the Last Glacial Maximum

A high-resolution terrestrial mollusk record from the Loess Plateau of China has been studied to characterize climate variability during the Last Glacial Maximum (LGM). The rapid successions in mollusk taxa in the Weinan loess sequence reveal that climate changes occurred at least four times in this period. In the loess region, millennia-scale climate fluctuations existed, as documented in the grain size and weathering intensity records. Our results show such millennia-scale fluctuations reflecting changes in both temperature and precipitation, rather than a simple cold and warm alternation. Changes in temperature and precipitation were not in phase during the LGM. Temperature varied earlier than precipitation, which could have been the effect of winter and summer monsoon interactions. Our data also reveal that the East Asian summer monsoons could reach the southeast part of the Loess Plateau during the whole of the LGM. The intensification of winter monsoons during the LGM led to short duration of summer monsoons annually impacting on the Loess Plateau, but the intrinsic intensity of summer monsoons would not have changed significantly, thus providing the thermo-hydrological conditions for temperate-humidiphilous mollusks to persistently grow and develop in the glacial age.     

青藏高原东部全新世泥炭灰分的粒度特征及其古气候意义

通过将红原泥炭地泥炭灰分的粒度特征与典型风成沉积物、湖泊沉积物、河流沉积物的粒度特征进行比较,发现泥炭灰分的粒度特征与典型风成沉积（如黄土、古土壤）相似,而与湖泊沉积以及河流沉积有较大差异。环境判别参数也显示泥炭灰分来源为风成的。据此,作者认为该地区泥炭沉积中的灰分物质是风成堆积,进而提出该地区泥炭灰分含量可以指示冬季风强度的变化。      

Sub-millennial scale variations in East Asian monsoon systems recorded by dust deposits from the north-western Chinese Loess Plateau

Previous work has demonstrated that magnetic properties and sediment particle size of Chinese loess deposits provide information on past behaviour of Chinese summer and winter monsoons, respectively (Heller and Evans, 1995; Derbyshire et al, 1997). It has been suggested that the East Asian winter monsoon system in particular is teleconnected on earth orbital and sub-orbital timescales to climatic states and events in high northern latitudes, especially northern hemisphere ice volume and Heinrich events, (Porter and An, 1995; Chen et al., 1997). However, the majority of this research has been performed around the central part of the Chinese Loess Plateau where the rate of dust accumulation is relatively low, thus limiting the potential resolution of palaeoclimatic records. Here we present a high resolution (5mm / ~20 yr interval) magnetic susceptibility record from an thick loess deposit located at Caoxian in the north-western part of the Loess Plateau. The record spans the “Lateglacial” (last glacial / interglacial transition) and when placed on a palaeomagnetic chronology shows a relationship with the GISP2 proxy air temperature record from Greenland (Grootes et al., 1993; Meese et al., 1994; Stuiver et al 1995). The results demonstrate that several Lateglacial climatic fluctuations previously reported in the North Atlantic region and in Europe are also recorded in China. In addition, the apparent absence of a signal corresponding to the Bølling Interstadial in China during the early deglaciation suggests that, at certain times, the apparent North Atlantic — Asian monsoon teleconnection may have collapsed. The demonstrated ability of the loess deposits to resolve sub-millennial scale climate variations points to their potential as a previously unexplored archive for very high-resolution studies of terrestrial climate.     

中国东部的第四纪风尘堆积与季风变迁

历史时期的雨土及近代尘暴的研究证实,风尘堆积与冬半年强冷气流活动有关。中国东部第四纪风尘堆积(黄土和下蜀土)分布的时、空变化及其粒度的不断增粗表明,第四纪以来冬季风强度是不断增加的。季风强度的变化主要与青藏高原越来越快的整体隆升有关。青藏高原上升产生了高原季风,并对西风气流和蒙古冷高压发生影响,即从三方面对季风起到增强作用。另一方面是中新生代以来地球气候变冷,使中、高纬地带的海陆分布和地形对大气环流有更大的影响。     

最后4个冰期旋回中国黄土记录的东亚冬季风变化

开展高分辨率的黄土记录研究, 是揭示过去气候变迁和变率的主要途径.选择黄土高原中部的灵台和赵家川剖面, 对L5以上的黄土-古土壤序列进行了石英颗粒的提取和粒度分析.结果表明, 石英粗颗粒(> 43μm) 体积分数变化揭示了最后4个冰期旋回东亚冬季风存有的快速变化特征, 并同深海氧同位素记录具有良好的对应关系; 然而, 在每一个冰期时段, 石英粗颗粒体积分数的变化幅度和频率存有较大差异, 可能意味着对应的冰期下垫面状况和气候系统内部的非线性响应机制并不相同.值得注意的是由石英粗颗粒体积分数反映的东亚冬季风变化, 在某些时段不仅同磁化率记录的夏季风变化不协调, 而且同深海氧同位素记录存有明显差异.深入研究这种由不同代用指标反映的古气候变化间的差异, 对理解黄土记录的全球性意义显得尤为重要.      

黄土高原东部(山西阳曲)1.2Ma以来黄土记录的两次显著干旱化事件

重建第四纪时期亚洲内陆干旱过程和沙漠的扩张历史对于我们了解东亚冬季风演变具有重要意义.然而目前对于黄土高原的干旱过程的研究主要聚焦于吕梁山以西的黄土地区,对于其东部还缺乏相应研究.为此,我们对吕梁山东部约1.2 Ma以来的阳曲黄土剖面进行了磁化率和元素含量测试,结果显示阳曲地区在1.2 Ma以来经历了两次明显的干旱事件.第一次干旱化事件发生在0.94 Ma,表现为Si、Fe百分含量和Rb/Sr比值显著减小而Ca含量明显增加,这次事件可能主要与大气CO₂浓度下降导致全球冰量增加,特别是北半球冰盖扩张相关.第二次事件发生在0.31 Ma左右,Rb/Sr比值显著下降,Ca含量显著增高,这次事件可能是由于忻定古湖裂解引起区域干旱增强所致.      

川西高原甘孜黄土地层学

本文初步研究了甘孜黄土地层，实测了甘孜县城西南郊新市区和满地两剖面，它们分别厚２３．７ｍ和２６．０ｍ。根据岩性、磁性地层特征、磁化率、ＣａＣＯ３质量分数测定和热释光测年结果，甘孜黄土可划分为冰后期Ｓ０复合古土壤，末次冰期Ｌ１复合黄土和末次间冰期Ｓ１复合古土壤等３个地层单位。布莱克反向极性亚时记录于底部Ｓ１ＬＬ１黄土中。甘孜黄土沉积始于晚更新世早期，大约为１２０ｋａＢＰ。甘孜黄土的磁化率变化反映了最近１２０ｋａ来的高原季风演化和气候环境变迁，６个磁化率高值段指示了６个夏季风环流增强的时段，６个磁化率低值段则     

Rb and Sr Geochemical Characterization of the Chinese Loess Stratigraphy and Its Implications for Palaeomonsoon Climate

Concentrations and distributions of Rb and Sr in loess and palaeosol samples from the Luochuan profile have been studied, in grain-size fractions and chemical forms. Results show that Rb is quite rich in the fraction of less than 2μm, and exits only in the residual phase, while Sr is distributed in sand and silt fractions, occurring in the residual and carbonate phases. Therefore, variations of the concentrations of Rb and Sr in loess and palaeosols are closely related not only to dustfall compositions depending on winter monsoon wind strength but also to summer monsoon-induced pedogenic intensity. This indicates that variations of Rb/Sr ratio in Chinese loess sequences represent cyclic alternations of East Asian summer and winter monsoon climates on the orbital time-scale. Variations in Sr concentrations along the sequence bear a high similarity to the oxygen isotope record of the deep sea sediments over the past 2.5 Ma, whereas variations in Rb concentrations are in good agreement with the record of