青海共和盆地早全新世古风向重建及其对黄土物源的指示

青藏高原东北部地处黄土与沙漠的过渡地区,在冰期-间冰期旋回中受中纬西风与东亚季风环流的交替控制,曾发生大范围的沙漠进退,是黄土高原重要的潜在物源区。恢复该区地质历史时期的大气环流格局可为重建东亚地区的环境面貌、探讨黄土高原的物源区、检验东亚地区古气候模拟结果的有效性等方面提供重要依据。但目前对高原东北部的古大气环流特征却鲜有研究。青藏高原东北部保存有一系列的古沙丘,可为古大气环流的重建提供直接依据。本文选取青海共和盆地一处代表性新月形古沙丘开展光释光测年研究,并通过其平面形态和前积层产状恢复了当时的古风向。结果表明:共和盆地的风沙活动自早全新世以来开始显著减弱,此时近地面盛行与现今风向一致的西北风。前人的研究揭示出青藏高原东北部在冰期时很可能盛行西风,并存在广泛的荒漠化,因而很可能是黄土高原冰期时重要的物源区之一。而本研究指示,该区的盛行风向在早全新世以来转变为西北风,且荒漠范围显著退缩,导致其全新世不再是黄土高原的物源区。青藏高原东北部的盛行风向和荒漠范围在冰期-间冰期旋回中的这种变化,为理解黄土高原的粉尘物源在空间和冰期-间冰期旋回上的变化提供了依据。     

黄土高原红粘土序列与晚第三纪的气候事件

红粘土序列由7个古土壤组合和与之相间的红色黄土组合组成,它们是建议的地层划 分和对比的一级单位。系统的古地磁研究表明,黄土高原风尘沉积开始的年龄约为7．2MaB．P．,它标志着晚新生代亚洲内陆干旱化的开始,可能意味着青藏高原在此时达到了有意义的高度,东亚古季风环流基本建立。风尘沉积速率与夏季风强度在长时间尺度上的耦合揭示了它们与青藏高原高度的共同联系,也意味着青藏高原可能经历了多次隆升和夷平过程;第四纪黄土-古土壤序列是2.6～2.8MaB.P．全球冰期-间冰期气候旋回建立的证据。     

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     

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.     

表土磁学特征揭示的青藏高原及其周边地区的气候边界

青藏高原及其周边位于东亚季风、印度季风与西风环流系统的交汇地带,是气候变化的敏感区和影响显著区。刻画青藏高原及其邻区降水的空间分布以及干湿气候区边界位置,不仅对深入认识该地区大气环流分布形势具有重要意义,同时还可以进一步加深对欧亚大陆大气环流动力学过程的理解。通过对青藏高原及其周边现代地表沉积岩石磁学参数空间分布特征的综合集成研究,结合300多个气象站点近70年气温和降水数据的详细对比分析,发现降水量是控制青藏高原及其邻区地表土壤磁学性质变化的主要因素,表土磁学性质可以用于揭示高原及其邻区降水的空间分布。已发表及新获取的700余块表土样品成壤相关的磁学参数呈现出显著的空间梯度变化,揭示出北祁连山—横断山以及帕米尔高原—北天山是青藏高原及其周边地区2条重要的成壤强度分界线,其大致分别对应半湿润—半干旱区（400 mm）以及干旱和半干旱区（200 mm）的干湿气候区降水界线。此外,高原北部及其周边多个末次冰期—间冰期以来的风尘沉积剖面磁学参数的空间对比结果,还进一步揭示第四纪冰期时,随着全球变冷,干旱化加剧导致高原北部气候梯度差异显著减小,全球冰量变化可能是控制高原北部气候格局演化的主要因...     

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...     

季风与西风对青藏高原全新世气候变化的影响:同位素证据

青藏高原气候变化在冰期-间冰期、千年、十年际和季节尺度上受亚洲季风和西风环流的交互影响,表现出显著的区域性特征。然而全新世以来青藏高原气候变化的机制还不甚清楚,主要原因之一是缺少指示意义明确的古气候代用指标。课题组近年来利用叶蜡氢同位素(δDwax)重建了高原东北部的青海湖、中北部的令戈错、中部的达则错、西部的班公错和阿翁错不同时间尺度的大气降水同位素记录,本文对上述工作进行总结,并结合青藏高原全新世以来已发表的其他地点的同位素和古水文记录,揭示全新世以来季风与西风对青藏高原不同区域气候变化的影响。结果表明:1)早全新世青海湖、令戈错、班公错和阿翁错4个湖泊均主要受夏季风影响,夏季风可以影响到青藏高原的大部分地区,此时夏季风在青藏高原的最北界限可能位于青海湖以北、克鲁克湖以南。2)中全新世青海湖、班公错和阿翁错受夏季风影响逐渐减弱;然而令戈错在7.0~4.5 ka水汽主要来源于西风环流。3)晚全新世青海湖和班公错受季风的影响进一步减弱;西风在3.5~1.7 ka和2.0~1.0 ka分别影响到高原中部的令戈错和达则错;晚全新世阿翁错受冰川融水补给影响降水同位素异常偏负。4)本研究表明在中晚全新世季风较弱的时期,西风能够深入到青藏高原内部地区,给高原内部地区带来冷湿的水汽。     

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。     

西藏尼玛盆地古近纪湖相油页岩正构烷烃特征及其古环境与古气候意义

尼玛盆地地处青藏高原中部特殊区域,自新生代以来沉积了大套连续的湖相暗色油页岩,其富含生物分子化石,对重建青藏高原古气候和古环境具有重要意义。本文通过对尼玛盆地古近系牛堡组康嘎勒剖面正构烷烃及相关参数分布特征进行研究,结果显示,剖面油页岩正构烷烃分布从底到顶由单峰前峰型向单峰后峰型过渡,具2个旋回周期;碳优势指数相对稳定,但TAR、ACL、P_aq及nC_≤21/nC_≥25变化较大,表明湖泊沉积有机质由内源为主的低等藻类向高等水生植物和外源陆生高等植物转变,且区域气候环境由温凉湿润向炎热干旱逐步演化。综合分析认为,尼玛盆地在始新世的气候变化在很大程度上是受西风环流和季风系统的共同影响。且西风环流和季风的强度变化与全球气候存在一定的关系。即全球变暖时,西风环流势力减弱,西风环流和残余洋水汽为高原中部提供的有效降水减少,气候相对干旱;而在全球降温时,西风环流和印度季风增强,残余洋水汽的叠加又为高原中部提供了充足的有效降水,气候湿润。     

西风区昭苏黄土剖面中碳酸盐矿物组成及其古环境意义辨识

碳酸盐矿物是黄土的重要组成部分,是古环境重建的重要指标之一.通过对地处西风区的新疆伊犁盆地昭苏黄土剖面的全岩样品和分粒级样品的X射线衍射测试,分析了其碳酸盐矿物组成,利用麦夸特算法计算了碳酸盐矿物的含量.综合碳酸盐矿物的含量、粒径分布及风化特征等因素,对其古环境意义进行了辨识,从而建立了该剖面末次冰期以来碳酸盐矿物记录的古气候环境变化序列.结果表明:昭苏剖面中原生碳酸盐矿物(方解石和白云石)含量占主导地位,次生方解石对样品中总方解石含量的贡献较少;白云石含量可能与亚轨道尺度冷暖交替导致的西风环流强度变化有关;方解石含量的变化可能指示了西风区降水量的变化;碳酸盐矿物含量揭示了昭苏地区在末次冰期时气候冷湿,在全新世时气候暖干.     

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。     

Combined tectonics and climate forcing for the widespread aeolian dust accumulation in the Chinese Loess Plateau since the early late Miocene

Currently mechanisms for the onset of the widespread aeolian dust accumulation in the Chinese Loess Plateau since 8–7 Ma remain elusive. In this study, we compile 11 records of climate (14–7 Ma) and tectonic activity of the Tibetan Plateau and its adjacent areas (15–6 Ma). The results suggest that strong tectonic activity in the northeastern Tibetan Plateau has produced massive debris and dust, which was deposited in the piedmont basins and reworked by weathering and fluviolacustrine erosion. At the same time, global cooling and uplift of the Tibetan Plateau over the period of 14–7 Ma intensified the East Asian winter monsoon and westerly winds (westerlies) while weakening the Asian summer monsoon, which led to the spread of dry land vegetation and aridification in interior China. Sediments in the piedmont basins were then exposed in the aridity and transported by the westerlies to the Chinese Loess Plateau and the North Pacific. We suggest that tectonic activity in the northeastern Tibetan Plateau and shifting global climate together triggered the widespread aeolian dust accumulation in the Chinese Loess Plateau and the North Pacific since 8–7 Ma.     

东亚季风区的极端气候事件及其原因

全球冰量和太阳辐射变化被认为是黄土区古环境在轨道时间尺度上演化的两个主要驱动因素。然而 ,黄土古土壤序列中记录了两类极端气候事件 :以发育程度较好的S4、S5 1和S5 3古土壤所代表的极端暖湿期及以砂黄土层L9和L15为代表的极端干冷期。它们既不能用全球冰量的变化来解释 ,也不能用太阳辐射的变化来直接解释。对渭南、长武和西峰剖面的研究揭示出 ,S4,S5 1和S5 3古土壤是形成于亚热带半湿润环境下的土壤 ,S5 1形成时的年均温至少比现今高 4～ 6℃ ,年降水量高 2 0 0～ 30 0mm ;砂黄土层L9和L15形成时高原中部的估算年均温和降水分别大致为 1 5～ 3℃和 15 0～ 2 5 0mm ,当时整个黄土高原地表裸露 ,风力强盛。上述事件在深海氧同位素记录中没有明确反映 ,但 3个极端暖湿期对应于世界大洋的碳同位素高峰 ,说明它们具全球性意义 ,同时表明这些古土壤的高成壤强度不是时间因素所致。海陆对比揭示出 ,上述两类极端气候事件分别对应于北大西洋深层流 (NADW )强度最强和最弱的时期。据此认为 ,北大西洋深层流强度变化是影响东亚季风气候的重要因素 ,且这种作用同时体现于古冬、夏季风的变化之中。     

季风区古环境演化的相似性与人类演化

通过对东亚季风区、印度季风区及西非季风区上新世一更新世古气候记录的对比,发现这3个地区分别在2．8～2．5MaB．P,1．8～1．6MaB．P．和1．2～0．6MaB．P．前后都发生了明显的气候转型事件。在这些转型事件的前后,气候变化主导性周期发生了明显的改变。此外,这个时期气候变化的主要趋势是干旱程度加剧,或季节性增加。由此说明北半球季风区在长时间尺度上气候变化的相似性,并意味着有一个天文因素以外的,或许存在于地球系统内部的因素控制了气候转型事件。季风区气候变化的整体性有可能对人类演化过程有深刻的调节作用。     

第四纪时期东亚季风变化的动力机制

本文作者主张：古气候演化的动力机制研究应从动力因子和动力过程两个方面人手。通过对比东亚冬季风、夏季风、印度季风及全球冰量变化的时间特征和频率特征，我们得到以下认识：１)大致在过去０．８Ｍａ这个时段，东亚冬、夏季风基本上具同相位、同周期的互为消长演化特征；２)东南季风演化具０．１Ｍａ的主导周期，而印度季风变化则以较短周期为主；３)东亚冬、夏季风与全球冰量变化在时间范畴上可作很好的对比，尤其是这三者均含有主导性的０．１Ｍａ周期。在此基础上，本文提出东亚季风演化的“全球冰量驱动模式”，并初步讨论了东亚季风变化对全球冰量变化响应的动力过程。     

西峰剖面午城黄土古风化强度变化与 早更新世季风环境演化*

游离铁(FeD)/全铁(FeT)比值被土壤学界用来反映土壤化学风化强度,并已在风尘堆积的古环境研究中得到较好应用。然而,迄今对第四纪黄土古风化强度的研究多集中于中更新世以来的序列,只有少数剖面的分析包含午城黄土。文章基于西峰剖面661个样品的FeD和FeT分析,建立了该剖面午城黄土的古风化强度序列,并与剖面原有1.2Ma以来的序列进行对比。结果表明,早更新世古土壤的风化强度与后期相比总体较低,而黄土层的风化强度总体偏高,反映了较小的冰期-间冰期反差; 古风化强度的波动总体上与深海氧同位素有较好的一致性,体现了全球冰量变化对我国北方季风环境的控制。2.6~1.6Ma期间,古土壤的平均风化强度在整个第四纪最低,指示了较弱的夏季风环境效应。从约1.6Ma开始到1.2Ma,古土壤和黄土层的风化强度均增加,并开始有较显著的约100ka周期。这些特征在深海氧同位素记录中没有表现,而与热带地区一些环境特征相吻合,从而指示了低纬过程对我国北方早更新世季风环境的显著影响。     

黄土与古季风

中国黄土的古季风记录研究，揭示了东亚季风区的环境变迁历史是来自中、高纬大陆的偏北冬季风与来自中、低纬海洋的偏南夏季风的环境效应优势期相互交替的历史。文中简要介绍了有关黄土高原黄土与古季风研究的重要进展，侧重讨论了中原地区末次冰期高分辨率黄土所记录的冬季风和夏季风变迁的特征，最后就今后全球变化计划中的黄土与古季风研究提出了几点意见。     

有关中国黄土高原黄土物质的源区及其输送方式的再评述

仅通过对黄土的研究来认识黄土物质的源地和输送方式、沉降过程往往需要假设和推测一些问题,不够直接和全面,借助对沙漠和大气中沙尘粒子本身的研究则可以更清晰地认识它们.文章在以往对黄土物质源区、输送和沉积过程研究的基础上,对有关这些问题的研究进展,特别是2000～2006年以来的进展给出了进一步的评述.结果表明:蒙古源区、以塔克拉玛干沙漠为主体的中国西部沙漠源区和以巴丹吉林沙漠为中心的中国北部沙漠源区贡献了亚洲沙尘释放总量的约70%,它们可视为亚洲沙尘的3个贡献量最大的源区,也可视为是黄土高原黄土物质的主要源地;有关亚洲沙尘的输送,在接近其源区的区域其沙尘浓度峰值在1km及其以下,在中国内陆其峰值通常在1～3km高度,在日本等东亚区域在2～4km高度,在太平洋中部峰值位于4～5km高度,在美国西部在5～7km的位置.通常,亚洲沙尘的区域尺度输送主要受近地面层东亚冬季风的控制,沙尘穿越太平洋的跨洲输送模式与全球尺度的大气环流变化紧密相关,特别是受中纬度西风带的影响.关于黄土高原黄土物质的沉降和堆积,近地面层东亚冬季风起到的是控制性的作用,沙尘在黄土高原的沉降以干沉降为主.晚第四纪黄土-古土壤中的90%以上是亚洲沙尘粒子的沉积物,不到10%受到了再作用过程的影响.     

末次盛冰期北美风成环境变化及其在全球气候突变事件中的意义

本文用末次冰期北美大冰盖南缘的风尘堆积记录来重建末次盛冰期的亚极地环境变化.磁化率、有机碳含量和潜育化程度的资料表明,末次盛冰期的前期(约21000～15000aB P.)植被覆盖较差,而后期(15000～10000aB.P.)植被覆盖较好,15 000aB.P.环境发生了急剧的变化,磁化率曲线显示了大约1000a的氧化-还原周期.这种大约1000a的环境变化周期很可能由低纬地区的海洋和大气的扰动所驱动,这种扰动的能量通过北美大冰盖及时地传递到北大西洋.