黄土古气候记录中100 ka周期与岁差、半岁差周期的非线性耦合关系

在建立灵台、泾川和塔吉克斯坦Chashmanigar黄土剖面的时间标尺后, 分别分析了这3个剖面中约100 ka周期的演化过程, 并使用自凝聚函数法(auto-bicoherence)考察了约100 ka周期和其他周期(地轴倾斜度、岁差、半岁差)的耦合关系. 计算结果显示: 在0.0~0.8 Ma时段, 约100 ka 周期与岁差周期中的16 ka成分及半岁差周期成分(约13.8 ka, 约12.4 ka 及约11.1 ka)之间存在着2次相位耦合关系; 在1.6~2.6 Ma时段, 128 ka 周期与岁差周期成分(19.3 ka, 16.8 ka)和约10 ka的半岁差周期成分之间也存在着2次相位耦合关系. 上述结果表明黄土所记录的约100 ka周期的产生可能是岁差、半岁差周期波非线性交互作用的结果.     

北京邻区1.2Ma以来黄土沉积及其对东部沙漠扩张的指示

远离黄土高原主体的北京邻区延－怀－涿盆地沉积了总厚度超过１００ｍ的厚层黄土,其底部可见Ｌ１５,对应的年龄约为１．２Ｍａ。对剖面进行的粒度分析揭示,在０．２５Ｍａ（氧同位素８阶段）前后,黄土层的中值粒径发生了突变,从平均２０～３０μｍ变为４５～６０μｍ,相应粗颗粒（＞６５μｍ）比例也大幅增加,从１５％～２５％增至４０％～５０％。这一变化是以往在远离沙漠源区的黄土沉积中所未见的,表明我国北部沙漠和戈壁干旱化程度和范围在这一时间发生了重大的变化,从而使北京黄土沉积区和源区的距离出现了突变。     

塔吉克斯坦南部黄土沉积

帕米尔高原以西的中亚黄土主要分布在帕米尔和天山的山前地带,其中以塔吉克斯坦南部的黄土分布最广。该地黄土的厚度最大可达１８０～２００ｍ,其底界年龄在２．０Ｍａ左右。野外地层观察表明,塔吉克斯坦黄土与中国黄土具有较好的一致性。塔吉克斯坦黄土来自卡拉库姆等沙漠,该地具地中海型气候条件,且搬运黄土的风力系统与中国黄土不同,而两地黄土地层则有较高的可对比性,这似乎意味着第四纪时期亚洲中纬度干旱区气候变化受某个共同的因子所制约。     

南方红土的剖面风化特征

对地处九江的南方红土所作的观察和元素地球化学分析表明 ,南方红土在剖面上存在风化强度的系统变化特征。剖面下部对应网纹红土的层位风化强度大大高于剖面上部对应褐黄色土的层位 ,其中氧化铁游离度从下部 90 %降至上部 4 5 %左右 ,相当于从砖红壤环境转变为红壤环境。这种风化强度的系统变化在北方黄土地层中没有相似表现 ,但可能与黄土记录的中更新世晚期以来粉尘通量逐步加大、干旱化程度逐步加深有着某种关联 ,暗示中更新世晚期以来可能存在较为普遍的气候恶化趋势。     

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。     

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。     

末次盛冰期以来泸沽湖沉积记录的正构烷烃分布特征和单体碳同位素组成及其古植被意义

泸沽湖是云贵高原上典型西南季风区的一半封闭湖泊,本文通过研究水深69.3m处长度为18.3m岩芯中15个样品的陆源高等植物正构烷烃分布特征及碳同位素组成,揭示了湖区木本/草本植被和C3/C4植被的变化历史,并试图探讨C3/C4植被变化的可能影响机制.在末次盛冰期至全新世早期,正构烷烃含量及(C27+C29)/2C31比值逐渐增加,正构烷烃(碳数＞C25)的平均碳链长度(ACL)值逐渐减少,指示木本植物比例相比草本植物较多且呈逐渐增加态势,表明气候逐渐向暖湿方向发展;而同一时期,陆源高等植物正构烷烃(C27、C29和C31)δ13C值均逐渐偏正,无法用气候变化来解释,应该反映了C3/C4植被变化,由此,通过二元模式计算得出的C4植物比例从19.6％逐渐增加至31.9％,上述结果表明该时期温度升高对C4植物增多起了主要作用.到全新世中期,正构烷烃分布特征表明木本植物比例依然较高,表明此时气候温暖湿润,而δ13C值则呈偏负的趋势,我们认为这是降雨增加和C4植物减少协同导致的.在全新世晚期,正构烷烃分布特征指出草本植物比例相对增加,而该时期的δ13C值则稍微偏正,这可能是因为气候变干所导致的.陆源高等植物正构烷烃分布特征所揭示的植被变化可以与研究区域孢粉记录进行较好对比.研究进一步明确了温度是C4植物出现的主控因素,而在温度满足要求时降雨的增多会降低C4对C3植物的竞争优势.     

最近130ka来黄土物质化学风化的空间观察

选取黄土高原48个末次间冰期以来沉积剖面中的248个黄土、古土壤和弱发育土壤层的代表性样品,对它们的酸不溶物进行了主量元素的分析。结果表明,在已有的几个不受粒度影响的化学风化指标中,(CaO MgO Na2O)/TiO2比值对气候条件变化具有相对较高的敏感性,且受沉积速率的影响较小。在源区风化状况相对稳定的前提下,它是一个反映夏季风变化较为有效的指标。根据该指标在黄土高原上的空间等值线图,发现其从北到南间冰期的变幅大于冰期,这可能表明间冰期时夏季风降水在黄土高原的变化梯度要大于冰期。     

黄土高原红粘土成因及上新世北方干旱化问题

本文通过对黄土高原第三纪红粘土的野外观察，以及沉积学和地球化学分析，得到能证明红粘土为风成沉积的新证据。另外，佳县红粘土沉积的土壤学特征表明，上新世时期的东亚夏季风强度总体强于第四纪。