从地球系统科学角度浅析中国地貌若干问题研究的新进展

以地球系统中各圈层的相互作用为主线,分析总结了我国沙漠地貌过程、流水地貌过程、冰川地貌过程及风沙地貌过程等领域研究的部分进展。由于我国沙漠地理位置的特殊性,其形成和演变与岩石圈构造变动即青藏高原隆升有着紧密的联系,所以,对我国沙漠形成、演变的研究能为探讨青藏高原隆升历史提供重要佐证。近30年来,有关我国沙漠形成时代的认识更新较快。新的沉积记录显示,我国西北地区的沙漠在中新世时就已经出现了,但沙漠沙丘大规模扩展可能是在中更新世才开始的。既使在晚更新世以来,我国沙漠地区的气候也有过明显波动、沙漠地貌的特征也发生过显著变化。沙漠通过为沙尘暴提供物源,对全球变化产生驱动作用。从地表过程来看,风沙地貌的形成演变不仅受风力作用,而且受流水、湖泊等多种地貌动力过程的影响,地貌类型是各种动力过程共同作用的缩影。古冰川地貌曾是最早发现的第四纪气候变化的证据。随着新的测年技术的出现,学术界对我国第四纪古冰川地貌演化过程有了较系统、全面的认识。流水地貌过程应该是地球上作用区域最广的一种地貌动力过程,对流水地貌过程的认识目前正在向微观和宏观深入。     

普若岗日冰原毗邻地区风沙地貌及其环境演变

冰川作用形成的大面积的冰碛物沉积及寒冻风化是高寒区风沙沉积的主要物质来源.风沙地貌的发育与高寒区环境密切相关,冻结作用使沙丘发育以加积作用为主,形成了高大的新月形沙丘.沙丘的侵蚀与移动主要发生在暖季,新月形沙丘运动速度相当缓慢,年平均水平移动量约1.8～0.5cm·a^-1,加积速率约0.3～0.08cm·a^-1.普若岗日冰原毗邻地区的环境变化主要受温度条件制约,沙丘腐殖质层沉积年代与我国东部沙区古沙丘、敦德冰芯具有一定的相关性,可以认为西南季风的强度对本区具有重要的作用.高原下垫面的变化造成太阳辐射差异,是引起西南季风强弱,造成高原腹地温度与降水随之变化的重要原因.     

侵蚀型沙丘:来自火星的启示

风沙地貌分为风积地貌和风蚀地貌两大范畴,风积地貌即指各种沙丘.沙丘地貌虽然是风沙堆积的产物,但其形态和类型是风沙蚀积时空变化规律的表现,在堆积形成之后,风蚀作用在沙丘形态塑造过程中有时会具有重要作用,从而形成独特的侵蚀型沙丘.但由于有悖于传统风积地貌的理解,侵蚀型沙丘长期被忽视.然而,在火星沙丘地貌的形态和分布规律研究中,已发现大量的与地球常见沙丘地貌具有微妙差异的沙丘地貌形态,并将其归咎于沙源供应不充分的发育环境.重温法国学者Mainguet沙丘分类方案中关于侵蚀型沙丘的论述,以及经典风沙地貌学理论关于沙丘形态控制因素的概念框架,明确指出研究侵蚀型沙丘的必要性.系统分析了火星沙丘地貌形态特征后,初步辨认出火星的10种侵蚀型沙丘,分析其形态特征、发育环境及可能的形成机制.地球干旱区广袤的盐碱地是极有可能发育侵蚀型沙丘的地区,具有类似火星沙源供应不足的环境,在中国柴达木盆地沙漠中发现了多种侵蚀型沙丘地貌.据此推断,侵蚀型沙丘在地球上比较普遍,其研究对发展风沙地貌学理论具有重要意义,对中国未来的火星探测与研究具有参考意义.     

神农架地区第四纪冰川遗迹与冰期划分

神农架是中国第四纪地质环境演变的热点地区之一。本文通过对第四纪冰川地貌、冰碛残迹及二者关系研究,提供了本区第四纪古冰川发育的多方面证据。神农架地区在第四纪时期曾发生三期冰期和两期冰缘期,即松柏冰期、木鱼坪冰期、龙潭冰期、松香坪冰缘期、神农架冰缘期。本文首次系统地建立了本区第四纪气候地层系列.      

浙江上虞发现罕见第四纪石冰川群地貌及冰川遗迹

石冰川．是冰川退缩后或无冰川覆盖区域．因气候处于极度寒冷条件下．大量冰碛及冰川漂砾或风化岩屑、岩块．在冻融作用下．沿沟谷运移．并形成大规模线状分布的冻融岩块发育区。是古冰缘气候条件下形成的特有产物（地质矿产部《地质辞典》办公室．1983）；     

风沙地貌形态动力学研究进展

风沙地貌是广泛分布于干旱、半干旱,甚至部分湿润地区,由风力作用形成的一种地貌类型。风沙地貌学是研究在风力作用下物质运动形成的地表形态特征、空间组合规律及其形成演变的科学,是地貌学中以风为外营力形成的地貌为对象的分支学科。风是风沙地貌学研究的基础,其贯穿整个风沙地貌学研究。风况决定了风沙地貌的形态特征、空间组合特征和演化过程,同时,沙丘表面气流和风沙流控制沙丘的形态演化过程和移动过程。风沙地貌经过100多年的发展,在沙丘形态特征、动力学过程等方面取得了长足发展。从风沙地貌观测方法、分析方法和形态动力学角度出发,总结了近年来风沙地貌形态、形成风况以及动力学方面的研究进展。随着新技术的发展,全站仪、三维地形扫描仪等新的形态观测设备开始应用于风沙地貌形态测量,使得大范围风沙地貌形态精准测量成为可能,为风沙地貌形态动力学研究提供精确的地形特征资料。同时,三维超声风速仪等高频风速观测仪器也广泛应用于风沙地貌动力学观测,从而探讨风沙地貌形态—近地层气流的互馈机制。但是,针对具体的分析方法,如风况与沙丘形态的对应关系,近地层气流的分析方法以及形态—气流互馈关系等方面,目前还没有好的解决办法。     

晚更新世末期中国北方陆架区冰缘现象的发现

末次冰期极盛期,海面下降,陆架裸露。寒流爆发南下,使亚洲东部平原区比世界同纬度地区的气温低。强寒流的侵袭,使海退后的陆架平原成为我国东部冰缘地貌的形成区之一。陆架上的冰缘地貌包括:大面积分布的沙地、成群出现的沙丘、零散分布的塌陷沉积、类似揉皱现象的波状夹层、频频出现的冰楔等。      

青藏高原东北部冬给措纳湖湖区冰缘环境探讨

冬给措纳湖位于青藏高原多年冻土区东北部,湖区高寒沼泽、冰缘环境、冻土分布及其演化在全球气候变暖条件下,有其自身特点.为探讨冬给措纳湖湖区冻土分布及冰缘环境,2009年5月9—26日,对冬给措纳湖进行了考察,发现冻融草丘、冻胀丘遗迹、寒冻裂缝、热融洼地、古冻融褶皱等现代冰缘及古冰缘现象在湖区普遍存在.湖东、西岸的沼泽湿地中,热喀斯特发育明显,形成热融洼地和冻融草丘.湖北岸阶地及草场中存在零星和岛状冻土,经钎探表明,当时融化深度为0.3～0.8m,0.4m深度处冻土有胶结冰发育.湖东冲积平原的沼泽湿地中,冻融草丘和热融洼地存在;冻胀丘遗迹、寒冻裂缝在沼泽湿地边缘泥炭覆盖地存在.湖北岸二级阶地剖面发现古冻融褶皱.     

西藏札达盆地及周缘高山区第四纪冰川遗迹与冰期的初步划分和对比

札达盆地及周缘高山区的第四纪冰川遗迹分布广泛,类型齐全、发育连续.特征的冰碛及冰水堆积地貌有:冰水堆积平原或冰水堆积平台、冰碛丘陵等.挤压构造遗迹有:褶皱、断裂表皮构造、压坑、压裂构造、变形砾石等.ESR年代测定结果表明,冰碛形成的最大年龄为2.33Ma.依据冰碛、冰水堆积的特征、分布和形成年代等,区域冰川发育由老到新可划分出:7次冰期、6次间冰期、1次冰缘期、1次新冰期.该区是目前所知青藏高原第四纪冰川遗迹发现最多、保存最全和发育最连续的地区,为青藏高原地区的第四纪冰川演化研究、冰期的划分和对比、古气候古环境的研究,提供了重要的实际资料和依据.      

若尔盖黄河唐克段河岸沉积序列测年及地表过程变化

通过对若尔盖盆地进行野外考察,在盆地中部黄河唐克段右岸发现了包含深湖相的河岸沉积物,进行了细致的地层观测和系统年代学样品采集。在实验室利用光释光和AMS¹⁴C测年技术建立了年代框架,并结合各个层次的地层沉积相宏观特征和理化性质,分析探讨了若尔盖盆地内部从末次冰期古湖消亡以来的环境和地表过程变化规律。研究结果表明：古黄河在37 ka沿着玛曲断陷谷地溯源侵蚀,沟通了若尔盖古湖水系,盆地内部在30.9 ka之前为深湖环境,稳定地沉积了蓝灰色湖相淤泥层。30.9 ka之后,黄河贯穿若尔盖湖盆内部,古湖水外泄消失,原有的古湖水系转变成为黄河源水系。黄河从湖盆上游远距离搬运携带来的浊黄橙色泥沙大量沉积,覆盖了古湖相沉积层,湖盆内部风沙作用盛行。在末次冰盛期（Last Glacial Maximum, LGM）,盆地内部松散沉积物普遍地受到冰缘冻融作用的改造,形成了冻融褶皱现象。到了14.6~12.5 ka,响应B/A（B?lling-Aller?d）时期的温暖气候,盆地周边山地冰川消融,冰融水汇入盆地,古湖盆底部各种浅洼地形成了大小不等的浅湖,沉积了滨浅湖相的沙层。在12.5~11.7 ka,对应于全球性新仙女木（Younger Dryas,YD）事件,盆地气候再次变冷,转变为冰缘冻土环境,盆地内部滨浅湖相的沙层受到冻融作用和古地震扰动,形成复式褶皱现象。进入全新世,在11.7~4.8 ka气候逐渐变得温暖湿润,古湖盆底部浅洼地积水成为淤泥质沼泽环境,在全新世中后期4.8~1.8 ka则转变成为沼泽草甸环境,在1.8 ka之后,盆地内沼泽面积收缩,风沙活动盛行,河岸台地的近源沙尘暴沉积物经过成壤改造形成亚高山草甸黑土类现代土壤。     

Hydrological indications of aeolian salts in mid-latitude deserts of northwestern China

Large sandy deserts in middle latitude of northwestern China were studied on salt variations in modern and ancient aeolian sediments, aiming to explore their hydrological indications at the present and past. Globally, sulphate is rich in arid to semi-arid deserts, including the aeolian loess sediments in China and soils in low-latitude deserts, but is less common in the aeolian sediments from the mid-latitude deserts in this study. The compositional differences between aeolian salts and local natural waters is evident, indicating the chemistry of aeolian salts and the associated parent brines may be significantly different than that predicted for hydrologically closed systems. The formation of aeolian salts in the studied deserts is strongly controlled by earth surface processes in a large scale but not in a local scale. Vertical changes in facies and salinities are abrupt in the studied palaeo-aeolian sediment samples, which were interbedded by lacustrine/fluvial sediments with OSL and ¹⁴C ages ranging between 40 and 2 ka BP, reflecting rapid high-amplitude changes in hydrological settings during late Pleistocene to later Holocene in these ancient playa systems. A great difference in salt composition between aeolian and lacustrine sediments suggests that the inorganic salt is a latent geoproxy in revealing local hydrological variations and climate change in the desert areas. But the environmental indications could be amphibolous for the sedimentary sequences with dual/multiple depositional end-members; under this situation an increase in sequence salinity does not always represent an enhanced environmental aridity. Ancient playas are arid or humid at the same time based on several sporadic records is not a valid approach to correlation of salt deposits in adjacent saline playa basin in the studied areas. Effects of earth surface processes including erosion, deposition and other processes on sediment properties will bias the hydrological implications of sediment salinity.     

末次冰期以来中国季风区西北边缘沙漠演化研究

我国季风区西北边缘的沙漠是全球中纬度敏感带的重要组成部分.本文选取区内的毛乌素沙地、共和沙地和腾格里沙漠,通过对末次冰期以来地层年代学、沉积相和地层空间分布的研究,重点探讨了末次冰期和全新世时期两个特征时段的沙漠演化.其中末次冰期是沙漠的持续发展、扩张期,奠定了沙漠的空间格局;全新世早期沙漠总体趋于固定、缩小,中期沙漠大部处于固定、缩小状态,晚期沙漠有所扩大,但未达到末次冰期的最大规模.     

Adsorption of copper(II) from aqueous solution by Beidellite

Dry lakes, degraded sandy grasslands, abandoned farmland and mobile dunes which are widely distributed throughout the arid areas of northern China have been investigated in this work. Gain-size distribution of the surface sediments of Manas lake in Junggar basin, Juyan lake in the Alxa plateau, Zhuye lake in Minqin basin and most deserts (such as Mu Us desert, Otindag desert, Horqin desert and Hulun Buir desert) in China have been analyzed. The results show clay with particle sized <10 μm on the surface sediments of dry lakebed and sandy grassland developed from dry lakebed, respectively, account for >60% and ∼50% of the total mass. Since the tiny particles on the surface of abandoned farmland are blown away easily and rapidly, the content of clay particles in Minqin basin is <14%. The grain-size distribution of mobile dunes in northern China mainly consists of particles >63 μm and few particles <10 μm. Consequently, although sand/dust storms originate primarily in the western deserts, the gobi areas of the Alxa plateau, the north and east of Hexi Corridor and in central Mongolia, the widely distributed dry lakebeds, sandy grasslands and abandoned farmland adjacent to the deserts also contribute to aeolian dusts. Hence, the material sources for sand dust storm in East Asia include inland deserts, but also dry lakes, sandy grasslands and abandoned farmland, which are widely distributed throughout the arid inlands of northern China.     

沙漠表层粒度与水热变化的环境效应分析──以古尔班通古特沙漠为例

重点探讨了古尔班通古特沙漠不同类型沙漠区（流动沙漠和固定沙漠区）表层沙粒度组成特征及其与热量传输和含水率的相互关系。实地测量和采样分析结果表明:不同类型沙漠区的粒度结构组成与沙层热量传输、水份迁移和沙面蒸散直接相关,并且对地表的感热和潜热以及沙漠对气候的反馈起到了重要作用。同时,沙漠表层粒度与水热传输变化过程,直接影响沙漠区植物成活率与生长,并对沙漠气候与环境变化产生重要影响。     

Understanding the Interactions between Climate Change, Landscape Evolution, Surface Processes and Tectonics in the Earth System: What Can the Studies of Chinese Deserts Contribute?

Due to large deserts on Earth surface a thorough understanding of climate change, landscape evolution and geomorphological processes having occurred in deserts is crucial for Earth System Science. The landscapes in deserts are, however, diverse and different over the globe with regard to their geomorphological nature, human activities and geological histories. In the last decades a great number of efforts have been put to the investigation of the initial timing of the occurrence of arid climate, e. g. in northwestern China. Silty sediments in the downwind directions have been used to deduce the histories of deserts. In general, there is a lack of knowledge about processes and landscapes in Chinese drylands between the initial Miocene silt sedimentation at desert margins and the late Quaternary multiple occurrences of wetter climate with assumed large lakes in many of the deserts in northern China. The geomorphological concept of three primary triggering factors, i.e., the sediment supply, sediment availability and transport capacity of wind, and additionally the underground geology need to be fully considered for a better understanding of the environmental histories of sand seas which should not be viewed as equivalent for deserts because sand seas cover between < 1% and ca. 45% of the desert areas in various continents dependent on a complex interaction between various processes of both exogenous and endogenous origins.     

渤海古沙漠沉积特征分析

根据世界沙漠的分布特点和沙漠的发育条件,作者认为晚更新世末期渤海气候干冷,雨量稀少,西北风强盛,松散沉积物丰富,具备发育沙漠的条件.文章从以下方面证明渤海古沙漠的存在:(1)渤海约有四分之一区域为残留砂沉积;(2)在全新世盖层下的更新世砂质沉积具有高倾角的前积纹层;(3)渤海东南缘陆地和岛屿有古渤海沙漠衍生黄土分布.综合分析认为末次冰期时,渤海中部和辽东湾古沙漠发育程度好,渤海湾次之,莱州湾未发育沙漠.     

黄河碎屑物质和中国西北沙漠/沙地存在物源联系吗？

在中国西北内陆分布着面积广大的沙漠/沙地,确定其物质来源对理解这些沙漠的形成和发育至关重要.尤其对腾格里沙漠、河东沙地、毛乌素沙漠、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠的碎屑物质是来自远源的黄河还是近源源区的争议较大.鉴于此,对沙漠中广泛存在的碎屑钾长石进行了554颗原位Pb同位素分析,结合黄河上游已经发表的钾长石Pb同位素数据,判定二者之间是否存在物源联系.综合区域内已发表的物源示踪结果,表明黄河上游的碎屑物质对腾格里沙漠的影响主要集中在有限的局部区域,未深入到沙漠腹地;黄河上游物质和河东沙地、毛乌素沙漠、乌兰布和沙漠和库布齐沙漠不存在物源联系.中国西北内陆这些沙漠/沙地的物质主要以近源物质为主,是对早更新世以来青藏高原隆升和气候干旱的沉积响应.      

内蒙古中东部浅覆盖区荒漠化的驱动因素及其演化的地质依据

内蒙古中东部荒漠草原浅覆盖区因其特殊的地质地貌成为了地球科学、环境科学等研究的热点地区。在这个区域内,一方面针对水土资源和矿产资源的开发利用,从多角度、多维度对其覆盖层的揭露探索取得一定成效;另一方面又存在沙质荒漠化和生态环境退化等问题,其覆盖层结构、风沙来源,驱动因素和演化趋势等问题亟待解决。通过研究沙质荒漠化主要成因类型及其形成演变规律、成因机制和未来的发展趋势。以驱动因素-现今状态-影响趋势-地质解释为主线。分析认为：（1）、借助青藏高原隆升影响气候变化可能造就中国北方干旱气候的大背景,新构造运动为沙质荒漠化的孕育圈闭了沉积空间。同时,因构造抬升使得周围山体在外动力地质作用的推动下易于风化剥蚀沙质的沉积;（2）、气候干旱和水资源匮乏是沙质荒漠环境重要影响因素,河流的改道和变迁也是沙质荒漠化发生的动力条件。现代河流阶地和河漫滩上丰富的沙物质是现代沙质荒漠化和沙尘暴的沙源;（3）、空间上半干旱典型的气候带是多动力复合侵蚀的根本原因,时间上,季节性风沙和河流的更替使得复合侵蚀作用更为突出;（4）、人为活动对自然的改造速度是有目共睹的,不合理的人类活动是沙质荒漠化发生和发展的催化剂。在上述背景下,以地质成因的角度揭示沙质荒漠化形成与演化,为荒漠化的科学治理提供相应的地质依据。     

河北康保县迁安组的沉积环境、孢粉组合及时代

通过1：5万屯垦-道尹地测区区域地质调查,首次发现河北省康保县发育迁安组,其岩性组合为砂质砾、含砾粗砂、含砾细砂及粘质砂土。自下而上划分Pinus—Betula—Artemisia及Artemisia—Pinus—Chenopodiacea2个孢粉组合。晚更新世早期古环境为针阔叶混交林,古气候为温湿。晚更新世晚期古环境为温带疏林草原环境,古气候为干冷,属间冰期气候。晚更新世晚期-全新世早期本区出现各种寒冷气候条件下的融冻变形现象,反映了冰缘期气候。该套地层岩性具整体一致性,分布具区域性,且野外易于识别。无论在地层、孢粉、测年、气候、环境等方面均可与河北省迁安县爪村迁安组标准剖面进行对比。晚更新世迁安组在本区的发现,大幅度提高了区内第四纪地质的研究水平,为研究新构造运动、环境变迁和气候变化奠定了新的基础。     

中国北方东部沙质荒漠化的地学观

中国北方东部的土地荒漠化主要受新构造运动以来的权造－沉积特征、青藏高原隆升所引起的全球气候变化、尤其是亚洲季风等地质背景控制。北方东部沙质荒漠化区域地质分类，按其成因可分为就地起沙型、风沙型和土地粗粒化型等3种类型。其中，就地起沙型沙质荒漠化主要分布在东部毛乌素、科尔沁、浑善达克、呼伦贝尔等沙地内，流经这些沙地的古河道，广泛发育河湖相砂质沉积物以及以砂质沉积物为母质的土壤分布区。风沙型沙质荒漠化主要分布在上述沙地的边缘地带，如毛乌素沙地以南的覆沙黄土区等。土地粗化主要分布在内蒙古锡林郭勒草原－河北坝上草原－河北坝上草原，其土壤类型多为含砾沙土，其土壤母质为基岩风化壳、残坡积或冲洪积物。荒漠化发展趋势上，尽管就地起沙型沙质荒漠化在毛乌素、科尔沁和浑善达达沙地的局部地区均有所逆转，但总体上，在北方广大地区，主要以地表土壤粗化为主的荒漠化和风沙型荒漠化等均有不同程度的扩大。上述不同类型的沙质荒漠化，总体上受地背景控制。其中，第四纪以来的构造－沉积特征控制着不同类型荒漠化的区域分布，气候变化控制着荒漠化的进程，人类活动则是在上述背景的基础上进行。