Sedimentary cycles of trace elements in Salawusu River Valley since 150 ka BP

The paper makes some analyses on 11 trace elements in the Milanggouwan stratigraphical section in the Salawusu River valley, which is regarded as a prototype geology-palaeoclimate record since 150 ka BP. The results show that the content and variation of trace elements has experienced remarkably regular changes in the pace with coarse and fine sedimentary cycles of palaeo-aeolian sands to its overlying fluvio-lacustrine facies or/and palaeosols. The trace elements with chemical properties of relatively active (V, Sr, Cu, Ni, As) and relatively stable (P, Pb, Rb, Mn, Nb, Zr) are a manifestation of the corresponding 27 changeable cycles between peak and valley values, appearing a multi-fiuctuational process line of relative gathering and migration since then. The low numerical value distribution of these two types of trace elements in the aeolian sand facies represents erosion and accumulation under wind force during the cold-dry climate. Whereas their enrichments in both fluvio-lacustrine facies and palaeosols are related to the valley’s special low-lying physiognomic position between the Ordos Plateau and the Loess Plateau under the warm and humid climate conditions. The above relatively migrated and gathered change of the trace elements is the result of 27 climatic cycles of cold-dry and warm-humid, which is probably caused by repeated alternations of winter monsoon and summer monsoon in the Mu Us Sandy Land influenced by the climate vicissitudes in northern hemisphere during glacial and interglacial periods since 150 ka BP.     

“河套东南角理想剖面”的新近研究

以在萨拉乌苏河流域近年命名的“米浪沟湾地层剖面”作为河套东南的理想剖面,描述了其地层特征,讨论了地层磁化率值和粒度分布与气候变迁的关系,研究提出,该剖面记录了150ka BP以来毛乌素沙漠27个旋回的砂丘与河湖相和古土壤互为交替的演化历史;剖面风成砂丘的堆积时期和河湖相或古土壤发育时期分别主要与过去冬季风和夏季风作为加强有关。根据中国沙漠及黄土区现代沙尘暴发生的区域特征认为,米浪沟湾剖面记录的150ka来的27次砂丘期代表了中国沙区存在27个沙漠堆积时期。     

150ka B.P.以来萨拉乌苏河流域的CaCO3旋回

以米浪沟湾地层剖面作为萨拉乌苏河流域的典型剖面，探讨了150kaB.P.以来的CaCO3含量分布与气候变化的关系。1）该剖面CaCO3含量及其低-高变化同古风成沙与上覆河湖相或古土壤构成的没积旋回呈现出明显的对应关系。与米浪沟湾剖面的沉积旋回一样，CaCO3在分布上相应地构成了27个含量高低变化旋回。2)CaCO3在风成沙中含量的分布比较稀散，0.8%-7.18%，平均值2.50%；在河湖相和古土壤中土壤中相对富集，2.20%-14.90%，平均值5.74%。从而揭示出其时两者的气候背景是不同的，前者是干旱寒冷气候作用下的风力的侵蚀、搬运与堆积的产物；而后者则与暖湿气候环境下萨拉乌苏河流域地处鄂尔多斯高原和黄土高原这间特殊的低洼地貌位置有关。气候暖湿，河湖沼泽发育、成土成壤作用增强，低洼的集水条件有利于CaCO3的聚集。3）导致米浪沟湾剖面CaCO3的多旋回相对稀钐与聚集的根本原因可能是150kaB.P.以来北半球冰期-间冰期气候波动影响下乌素沙漠冬夏季风的多次更迭所致。     

巴丹吉林沙漠查格勒布剖面微量元素反映的150 ka BP以来的气候变化

 通过对巴丹吉林沙漠查格勒布剖面150 ka BP以来地层层位中16种微量化学元素的分析发现:化学性质相对稳定的元素P、Mn、Zr、Cr、Pb、Rb、Nb、Y和相对活泼的元素V、Sr、Ni、Cu、Zn、As均随25个风成沙丘砂与黄土、古土壤、湖相、冲坡积砂土砾石层构成的沉积旋回显示为25个含量低-高变化旋回,呈跌宕起伏且多波动的锯齿状的元素相对迁移-聚集过程线。元素在风成沙中呈现的低值,揭示了干旱寒冷气候作用下风力的侵蚀搬运与堆积作用；在砂土砾石层特别是湖相、黄土和古土壤中相对富集,则与暖湿气候背景下剖面所处的特殊洼地地貌位置有关。上述变化特征主要是巴丹吉林沙漠南缘地区150 ka BP以来的25个干寒多风-温湿或暖湿的气候波动所致,其根本原因可能与全球冰期-间冰期气候波动影响下的东亚冬夏季风的“拉锯式”摆动有关。     

末次盛冰期以来青藏高原东北部共和盆地冬夏季风演化记录

对青藏高原东北部共和盆地冬其剖面的化学元素与粒度分析表明,末次盛冰期以来区域冬夏季风总体上呈现此消彼长的关系,气候出现多次冷干-暖湿旋回。15.82 ka BP之前冬季风最强,夏季风最弱,为末次盛冰期时的冷干气候,但21 ka BP之前气候可能寒冷偏湿。15.82~9.5 ka BP夏季风明显增强,冬季风衰弱,气候明显转暖,其中老仙女木时期（14.7~13.7 a BP）和新仙女木时期（12.1~9.5 ka BP）气候相对冷干,而B-A时期（13.7~12.1 ka BP）气候相对暖湿。全新世以来冬夏季风出现多次波动,9.5~7.0 ka BP夏季风相对较强,气候相对暖湿;7.0~5.1 ka BP冬夏季风强弱交替频繁,气候出现冷干-暖湿旋回;5.1~2.7 ka BP夏季风总体较强,气候温暖湿润;2.7 ka BP 之后冬季风明显增强,气候趋于冷干。此外,区域冬夏季风演变过程与极地冰芯记录的冷暖事件大体一致,可以认为共和盆地气候变化是全球气候变化的区域响应。     

Grain-size cycles in Salawusu River valley since 150 ka BP

The palaeo-mobile dune sands and fluvio-lacustrine facies with palaeosols in Milanggouwan stratigraphic section of the Salawusu River valley situated at the southeast of the Mu Us Desert experienced abundant remarkable alternative changes of coarse and fine rhythms in grainsize since 150 ka BP, and the grain-size parameters — Mz,σ, Sk, Kg and SC/D also respond to the situation of multi-fluctuational alternations between peak and valley values. Simultaneity the grainsize eigenvalues — Φ5, F16, Φ25, Φ50, Φ75, Φ84 and Φ95 are respondingly manifested as greatly cadent jumpiness. Hereby, the Milanggouwan section can be divided into 27 grain-size coarse and fine sedimentary cycles, which can be regarded as a real and integreted record of climate-geological process of desert vicissitude resulted from the alternative evolvement of the ancient winter and summer monsoons of East Asia since 150 ka BP.     

Grain-size cycles in Salawusu River valley since 150 ka BP

Situated at the southeast Mu Us Desert on the Ordos Plateau of China, the Salawusu River valley, contains abundant environmental vicissitude information of the East Asia Monsoon since Late Quaternary and serves as an excellent site for researches of sedimentology and climatology etc. As early as 1924, the French paleontologists Teilhard de Chardin et al. found the Upper-Pleistocene Salawusu Formation and drew an outline of the 搃deal section through the loessic lands of N and the SE co…     

瓦窑沟剖面记录的早中全新世毛乌素沙地东南缘气候变化

毛乌素沙地位于中国东亚季风边缘区,对气候变化响应敏感。区域内分布着大量河湖相沉积地层,忠实记录了全新世以来气候变化状况。选取毛乌素沙地东南缘河湖相沉积地层为主的瓦窑沟剖面（WYG）,在光释光（OSL）和¹⁴C（AMS ¹⁴C）测年基础上,对粒度、色度和有机质环境代用指标进行分析,反演得出毛乌素沙地早中全新世气候经历了3个阶段：约9.8 ka BP前气候干冷,广泛沉积沙层;9.8—9.6 ka BP气候逐渐回暖,为气候干冷转为暖湿的过渡期;9.6—5.2 ka BP气候相对暖湿,发育砂质泥炭层。推测计算得出,剖面地层沉积速率沙层>过渡层>砂质泥炭层,且各地层均存在次一级旋回,曲线旋回周期砂质泥炭层（480 a）>沙层（150 a）>过渡层（130 a）,指示砂质泥炭层沉积速率最慢、形成时期气候相对稳定。研究结果与东亚季风区域古气候记录具有很好的可比性,是对东亚冬夏季风强度变化的全球性响应。     

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面主元素记录的末次间冰阶气候波动

 位于鄂尔多斯高原萨拉乌苏河米浪沟湾剖面是重建毛乌素沙地晚更新世以来古气候的理想地点。其末次间冰阶(MIS3)层序含4种沉积相,划分为19个沉积单元,构成9.5个风成的砂丘砂与河流相、湖相和古土壤交替的沉积旋回。主元素分析结果显示,该剖面MIS3层序中河流相、湖相和古土壤的Al2O3、TOFE、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2含量明显高于古风成砂, 而SiO2则相反, 构成与沉积旋回相应的9.5个元素波动旋回。这些元素旋回指示了该地末次间冰阶至少经历了10次温湿(W事件)和9次冷干(C事件)气候波动,且可划分为MIS3e(58.90~49.50 ka BP)、MIS3d(49.50~40.70 ka BP)、MIS3c(40.70~36.90 ka BP)、MIS3b(36.90~27.00 ka BP)和MIS3a(27.00~22.30 ka BP)等5个亚段。其中, 19次冷/暖波动可与格陵兰GRIP冰芯δ18O冰段/间冰段大致对应, 5个亚段与我国古里雅冰芯和V23-81冷性浮游有孔虫数代表的北大西洋地区气候也具有较好的可比性。     

中晚全新世科尔沁沙地演化与气候变化

科尔沁沙地位于东亚季风区的东北缘,环境对气候变化反应非常敏感。地层沉积相、粒度与地球化学参数表明中晚全新世科尔沁沙地环境与气候变化可以分为以下3个阶段：7.0~3.6 cal ka BP,沙地逐渐固定、缩小,冬季风减弱,夏季风不断增强,气候趋于暖湿;3.6~1.3 cal ka BP,沙地总体上较为稳定,但也存在活化、扩张,与上一阶段相比夏季风强度有所降低,但仍强于冬季风,气候相对暖湿;1.3~0.65 cal ka BP,沙地出现多次活化、扩张和固定、缩小,冬夏季风交替频繁,气候呈现冷干-相对暖湿的组合。具体来讲,中晚全新世以来科尔沁沙地存在8次活化、扩张和8次固定、缩小期,气候变化也存在8次冷干和8次相对暖湿期,两者存在明显的对应关系。太阳辐射与全球冰量变化是中晚全新世科尔沁沙地演化与气候格局的主要驱动力。     

Winter and summer monsoonal evolution in Gonghe Basin, northeastern Qinghai-Tibetan Plateau since the Last Glacial Maximum

Geochemical and grain size analysis on the DQ (Dongqi) profile from Gonghe Basin, northeastern Qinghai-Tibetan Plateau, indicates that regional climate has experienced several cold-dry and warm-wet cycles since the last glacial maximum (LGM). The cold and dry climate dominated the region before 15.82 cal. ka B.P. due to stronger winter monsoon and weaker summer monsoon, but the climate was relatively cold and wetter prior to 21 cal. ka B.P.. In 15.82–9.5 cal. ka B.P., summer monsoon strength increased and winter monsoon tended to be weaker, implying an obvious warm climate. Specifically, the relatively cold and dry condition appeared in 14.7–13.7 cal. ka B.P. and 12.1–9.5 cal. ka B.P., respectively, while relatively warm and wet in 13.7–12.1 cal. ka B.P.. The winter and summer monsoonal strength presents frequent fluctuations in the Holocene and relatively warm and wet conditions emerged in 9.5–7.0 cal. ka B.P. due to stronger summer monsoon. From 7.0 to 5.1 cal. ka B.P., the cycle of cold-dry and warm-wet climate corresponds to frequent fluctuations of winter and summer monsoons. The climate becomes warm and wet in 5.1–2.7 cal. ka B.P., accompanying increased summer monsoon, but it tends to be cold and dry since 2.7 cal. ka B.P. due to enhanced winter monsoonal strength. In addition, the evolution of regional winter and summer monsoons is coincident with warm and cold records from the polar ice core. In other words, climatic change in the Gonghe Basin can be considered as a regional response to global climate change.     

末次间冰期我国半干旱盆地Rb、Sr的迁移聚集规律与环境演变——以萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面研究结果为例

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期层系记录了8.5个有风成的古沙丘砂与河湖相和/或古土壤构成的沉积旋回。该层系Rb、Sr元素含量分布具有明显的规律,主要表现为古沙丘砂中的Rb、Sr含量相对迁移,而在上覆河湖相和/或古土壤中相对聚集,构成末次间冰期的Rb、Sr含量迁移与聚集的8.5个元素旋回。研究表明,由Rb、Sr含量变化构成的这些旋回主要是由干冷暖湿气候波动所致。该地末次间冰期层系由上至下可划分为5个层段,即MS1~MS5。Rb、Sr含量在MS1、MS3、MS5和MS2、MS4分别呈现明显的峰态和不同程度的低谷,揭示出前者与后者分别是受到暖湿和干冷气候影响的阶段。据此,可以将 MS1、MS2、MS3、MS4和MS5依次在气候性质和阶段上可与GRIP冰芯和Sulu 海MIS5a、5b、5c、5d、5e诸亚段进行对比。研究亦表明,河湖相和古土壤Rb/Sr曲线却都不尽是峰态,黄土高原Rb/Sr值的气候意义并不完全适宜说明半干旱盆地或洼地的古环境变化。     

近6 ka以来科尔沁沙地东部气候变化记录

 根据科尔沁沙地东部TL剖面磁化率、有机质、化学元素等气候代用指标的变化特征和14C测年结果,分析和讨论了科尔沁沙地6 ka BP以来的气候变化过程。实验数据显示,高频磁化率、低频磁化率、有机质、Al2O3含量变化趋势基本一致,且峰值段对应古土壤层,谷值段对应风成砂层。依据气候代用指标的变化将6 ka BP以来科尔沁沙地气候变化分为3个阶段：Ⅰ.6.0～4.2 ka BP,气候暖湿,夏季风逐渐增强,并占主导,冬季风较弱,与全新世大暖期对应,但存在百年尺度的气候波动,其中：6.0～5.6 ka BP,5.6～5.4 ka BP,4.9～4.2 ka BP气候暖湿;5.6～5.5 ka BP,5.4～4.9 ka BP气候相对冷干。Ⅱ.4.2～1.3 ka BP,气候相对暖湿,与上一阶段相比夏季风有所减弱,但仍强于冬季风,其间也存在次一级波动,3.7～3.6 ka BP,3.4～1.3 ka BP,气候相对暖湿,4.2～3.7 ka BP,3.6～3.4 ka BP气候相对干冷。Ⅲ.1.3～0.65 ka BP以来,气候波动频繁,后期有向暖湿发展的趋势。总体而言,区域气候变化与全球具有较好的一致性。     

萨拉乌苏河流域MGS4层段记录的末次冰期早冰阶气候波动

萨拉乌苏河流域米浪沟湾末次冰期早冰阶时期记录了5.5个由古沙丘砂与河流相、湖沼相构成的沉积旋回。对各沉积旋回的粒度及微量元素分析表明,河流相和湖沼相的平均粒径Mz、分选系数σ和SC/D的值明显高于古沙丘砂,河湖相中的微量元素Mn、P、Rb、Zr、V、Ni含量普遍较古沙丘砂含量高,而Ba、Co等则呈现相反的变化;这些气候代用指标的波动构成了与沉积旋回相对应的5.5个粒度及微量元素变化旋回,指示了该地末次冰期早冰阶至少经历了6次冷干和5次暖湿的气候波动,其中若干次气候回暖事件和冷干事件可与格陵兰冰芯和葫芦洞石笋等记录的D/O事件和Heinrich事件相对应。米浪沟湾剖面地层记录的千年尺度气候波动既是对东亚季风环流演变历史的体现,同时也是对全球气候变化的响应。     

常量元素氧化物含量及其比值揭示的中晚全新世以来玛曲高原的环境演变

对玛曲高原具有代表性的黄土-古土壤-风成砂剖面(OL剖面)常量元素氧化物含量及其比值的地球化学特征分析表明:(1)常量元素氧化物总含量为91.93%且SiO₂(67.93%) >Al₂O₃(11.2%) >Fe₂O₃(3.97%) >CaO(3.76%)>K₂O(2.16%) >Na₂O(1.81%) >MgO(1.1%);(2)玛曲高原处于较弱的脱Ca、Na初级风化阶段,并伴有碳酸盐的淋失;(3)玛曲高原的气候经历了冷干-凉润-温湿-凉干的冷暖旋回。依据常量元素氧化物含量及其比值揭示的环境特征并结合¹⁴C测年将玛曲高原中晚全新世以来的环境演变划分为4.6 ka BP以前的风沙活动强烈期、4.6～4.3 ka BP的风沙活动较弱期、4.3～0.3 ka BP的固结成壤期和0.3 ka BP至今的风沙活动增强期4个阶段。     

中晚全新世以来玛曲高原的化学风化过程演变

在对玛曲高原东南部具有代表性的黄土-古土壤-风成砂沉积剖面进行常量、微量元素及地球化学风化参数分析的基础上,结合¹⁴C测年结果,探讨了中晚全新世以来玛曲高原的化学风化过程。结果表明:(1)不同地化学元素在剖面中的化学活性表现出明显的差异性,常量元素Ca、Si、Na以强烈迁移淋失为主,Fe、Mg则表现为明显富集;元素活动性及迁移顺序为Ca >Si >Na >Al >K >Fe >Mg;常量元素的迁移特征表明玛曲高原处于脱Ca、Na的初期化学风化阶段;微量元素除Sr迁移淋失显著外,Cu、Mn、Zn均呈现出强富集特征。(2)根据典型地化学元素记录的冷干-凉润-凉干-温湿的气候变化过程,结合化学风化指标将玛曲高原中晚全新世以来的化学风化过程划分为3.8 ka BP以前的风化较弱期、3.8~3.5 ka BP风化较强期、3.5~1.6 ka BP风化减弱期和1.6 ka BP以来的风化增强期4个阶段。     

Millennial-scale evolution of Hunshandake Desert and climate change during the Holocene in Inner Mongolia,northern China

The Hunshandake Desert is located at the northern edge of the East Asian monsoon region,and its natural environment is sensitive to monsoonal changes.Geologic records suggest that desert evolution corresponding to climate change had experienced several cycles in the Holocene,and the evolutionary process can be distinguished by four dominant stages according to changing trends of the environment and climate.(1) Holocene Ameliorative Period(11.0-8.7 cal ka B.P.),when the desert area gradually shrank following an approaching warm-wet climate and strengthening summer monsoon.(2) Holocene Optimum(8.7-6.0 cal ka B.P.),when the majority of moving sand dunes were stabilized and vegetation coverage quickly expanded in a suitable warm-wet climate and a strong summer monsoon.(3) Holocene Multivariate Period(6.0-3.5 cal ka B.P.),during a low-amplitude desert transformed between moving and stabilized types under alternating functions of cold-dry with warm-wet climate,and winter monsoon with summer monsoon.(4) Holocene Decay Period(since 3.5 cal ka B.P.),when the desert area tended to expand along with a weakened summer monsoon and a dry climate.     

巴丹吉林查格勒布剖面记录的150 ka BP以来的常量化学元素波动

 巴丹吉林沙漠查格勒布剖面150 ka BP以来存在25个由风成沙丘砂与黄土、古土壤、湖相和冲坡积砂土砾石层构成的沉积旋回。剖面常量化学元素分析显示:湖相、黄土和古土壤中的Al2O3、Fe2O3+FeO、CaO、MgO、K2O、Na2O和TiO含量基本上高于风成沙丘砂,而SiO2则呈相反变化,构成了与沉积旋回相应的150 ka BP以来25个元素变化旋回。剖面中各元素的这种分布和集散规律也与元素的富集系数和淋失系数波动一致。研究表明,暖湿气候作用下稳定性元素Al2O3、TOFe、TiO和非稳定性元素CaO、MgO、Na2O、K2O都能相对富集,与剖面所处的特殊的洼地地貌位置有关。常量化学元素的综合分析表明,这种元素变化旋回是由巴丹吉林沙漠晚更新世以来的干寒多风与温湿至暖湿气候变化所致,其根本原因与冰期、间冰期气候波动影响下东亚冬夏季风的“拉锯式”摆动有关。     

云南点苍山全新世以来的冰川湖泊沉积

根据对点苍山冰川湖泊沉积的粒度、磁化率、元素地球化学以及孢粉等环境指标的综合分析,结合冰川地貌特征,以点、面两方面资料结合的方式综合分析,试图建立该地全新世以来的气候变化系列,共划分为6个气候阶段,以冷湿与暖干的组合为其特征。与其他西南季风区的环境变迁对比表明,点苍山受西南季风影响加强的时间晚于阿拉伯海而早于青藏高原,可以认为是联系以上两者的纽带。当西南季风在青藏高原逐步强盛以后,因地形作用致使本区湿度有所降低     

13 ka BP 以来黄土高原西部的植被与环境演化

通过对黄土高原西部三个剖面的孢粉记录分析, 重建了该区13 ka BP 以来详细的植被 与气候演化序列。结果表明, 12.1 ka BP 以前, 研究区植被以干草原为主, 气候寒冷干燥。 12.1~9.8 ka BP 植被变化显著。期间出现两次显著的湿润期, 分别为12.1~11.4 ka BP、 11.2~11.0 ka BP, 可与博令暖期和阿勒罗得暖期对比; 两次持续时间和强度明显不同的干旱 期出现在11.4~11.2 ka BP 和11.0~9.8 ka BP, 可分别与中仙女木事件和新仙女木事件对比。 经过短暂的快速变湿后, 9.6~7.6 ka BP 研究区植被以疏林草原为主, 气候波动频繁但总体温 和偏干。7.6~4.0 ka BP 森林和森林草原植被出现, 气候温暖湿润。其中6.6~5.8 ka BP 温带落 叶阔叶林发育, 为研究区全新世最适宜期。自4.0 ka BP 以来研究区草原和荒漠草原交替出 现, 气候在总体干冷的环境下存在次一级的干湿波动。