我国西北夏季风边界千年尺度变化的证据--来自盐池和猪野泽盐类矿物分析结果

我国夏季风西北缘是响应长尺度气候变化最为敏感的区域之一, 但夏季风边界变化与千年尺度气候变化之间的关系尚不明确, 相关研究仍缺乏足够证据。夏季风西北缘湖泊沉积物中盐类矿物种类与含量的时空变化, 有助于推测气候变化特征。盐池和猪野泽分别位于祁连山北麓的河西走廊中段和东段, 是研究长时间尺度亚洲夏季风影响区西北边界变化的关键区域。研究全新世千年尺度下, 夏季风西北边界的变化对夏季风西北缘气候变化过程的影响, 对明确季风边缘区千年尺度季风变化机制, 预测未来长尺度气候变化有重要意义。因此, 本文选择盐池古湖泊盐池剖面(YC), 猪野泽青土湖01、02剖面(QTH01、QTH02)等三个剖面, 开展全新世千年尺度下, 亚洲季风西北边界地区湖泊沉积物盐类矿物时空变化对比研究。结果显示:QTH01、QTH02剖面盐类矿物以碳酸盐为主, 硫酸盐类矿物仅零星出现, 而YC剖面硫酸盐类矿物含量相对较高, 同时出现了氯化物型矿物, 全新世气候特征整体较猪野泽更为干旱。末次冰期和早全新世, 三个剖面受季风输送水汽影响明显, 碳酸盐类矿物能较好沉积, 季风边界在这一时期向北扩张, 推进到祁连山中段地区;中全新世QTH01、QTH02剖面受夏季风影响减弱, 湖泊退缩, 碳酸盐类矿物含量达到峰值, YC剖面则表现出极端干旱的气候特征, 硫酸盐类矿物因“盐效应”含量下降, 此时夏季风西北部水汽输送边界位于石羊河流域和盐池流域之间;晚全新世盐池和猪野泽均以风成沉积为主, 气候干旱, 碳酸盐类矿物难以保存, 硫酸盐和氯化物矿物含量出现高值, 说明夏季风西北边界进一步向南迁移。综上所述, 盐类矿物含量变化能良好反应夏季风西北缘全新世气候变化特征, 同时证明, 在全新世千年尺度上, 夏季风西北边界在盐池流域和石羊河流域之间存在变化。     

基于扫描电镜分析的猪野泽全新世砂层成因探讨

猪野泽全新世沉积物剖面中存在砂层和灰绿色湖相沉积层相间分布的现象。本研究对猪野泽QTH01、QTH02剖面砂层的石英砂样品进行扫描电镜分析,且与古湖泊岸堤和现代沙丘砂样做了对比,探讨了猪野泽全新世剖面中部和底部砂层的成因。研究发现,猪野泽QTH01、QTH02剖面样品中大部分石英砂兼具风成结构和水成结构,且水成特征大都覆盖于风成特征之上,V型坑分布频率相对较小,磨圆度特征与现代沙丘样品较为相似,与岸堤石英砂具有相似的结构特征,但剖面砂层不具岸堤典型的斜纹层理。结果说明,猪野泽砂层先经历了风成环境,后期转向湖相沉积,也有少部分砂是通过河流沉积于剖面位置;剖面砂层与岸堤砂层的成因相似,但剖面所在位置并非湖泊岸堤;剖面砂层形成时期风沙活动强烈,湖泊水动力条件稳定,河流对湖泊影响较小。     

全新世湖泊沉积物TOC、C/N和δ^13Corg对千年尺度气候变化的响应

湖泊沉积物有机地化指标在古气候解释中具有复杂性和多解性。TOC、C/N和δ^13Corg作为3种常用的有机地化指标,现已广泛运用于东、中亚全新世气候变化研究中。以这3种指标为例综述了东、中亚全新世湖泊沉积有机地化指标的变化机制及影响因素。根据数据的综合分析与对比,大部分湖泊全新世沉积物TOC百分含量较高时,C／N比值也较高。这与沉积物有机质的来源有关,因两者TOC和C／N作用机制不同,也存在少数湖泊,其两者对应关系不明显;同一湖泊δ^13Corg与TOC及δ^13Corg与C／N对应关系相似;由于不同区域影响有机地化指标的因素不同,TOC、C／N和δ1^3Corg间的关系存在区域差异,据此可将研究区分为中纬度地区、青藏高原区和低纬度季风区。上述区域规律存在于研究中所选的大部分湖泊,由于有机地化指标作用机理的复杂性,也存在不符合这种规律的湖泊,因而上述结论有待于进一步讨论。     

晚第四纪湖泊沉积物盐类与碎屑矿物反相关关系的沉积学解释

湖泊沉积物中矿物组合是古气候环境研究的敏感性指标之一, 充分认识湖泊沉积物中各类矿物组合类型、沉积过程, 对正确解释矿物学指标有重要意义. 我国晚第四纪湖泊沉积记录中, 盐类矿物与碎屑矿物含量普遍存在反相关关系, 影响了矿物组合作为气候指标的解释和应用. 从地球科学的角度正确理解这种关系, 可以为湖泊动力学以及古气候环境定量研究提供重要的科学依据. 选择甘肃民勤盆地石羊河下游终端湖猪野泽不同位置5个全新世剖面, 在明确湖泊沉积物来源、搬运方式和沉积动力机制的基础上, 研究了以碳酸盐矿物为主的盐类矿物含量与粒度指标之间的关系. 结果表明:猪野泽各剖面砂层富含的中砂、细砂沉积物主要是来自于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的风成砂; 水动力作用主导了湖相沉积层200 μm以下沉积物的沉积, 风力作用对20~70 μm粉砂组分沉积也有所贡献. 同时, 猪野泽湖相沉积层中高含量的碳酸盐主要来自于流水搬运, 湖相沉积层位200 μm以下的粉砂和极细砂是碳酸盐的主要富集区. 综上所述, 干旱区湖泊沉积物中盐类矿物含量与其沉积过程密切相关, 盐类矿物在全球变化研究中的应用要建立在充分研究其沉积动力机制的基础上.     

干旱区内陆河流域中游地区全新世沉积相变与环境变化——以石羊河流域为例

中国干旱区内陆河流域中游地区分布了大量晚第四纪河、湖相交替的沉积地层,这些沉积物被广泛用于古气候和古环境重建。然而,以往的研究较多关注沉积物的理、化、生指标,而忽略了沉积相变的古环境意义,这可能使古环境重建结果产生偏差。针对这一问题,选取干旱区典型内陆河——石羊河中游地区的JDT全新世沉积剖面,进行年代学、沉积相、岩性和粒度的研究,并与该区域已有的HSH全新世剖面的地球化学和古生物指标进行对比,在分析沉积相的基础上讨论二者的环境代用指标,重建石羊河中游地区全新世的古环境。两个剖面在年代和岩性上具有很好的一致性,指示了石羊河中游地区约8500 cal yr BP-3000 cal yr BP以来的沉积过程。两剖面从底部到上部可分为六层:河流相沉积(F层)——河湖相沉积(E层)——湖相沉积(D层)——浅湖—风成沉积(C层)——风成沉积(B层)——风成沉积(A层),代表了不同沉积相及其转换过程。综合讨论沉积物岩性、沉积相和各种古环境代用指标认为:石羊河中游地区的沉积相体现了从河流相到湖相再到风成沉积物的变化过程,指示了全新世的干旱化过程。这与以往研究中认为石羊河流域全新世气候变化具有波动性的观点存在一定差异。因此,在研究沉积相变化的基础之上讨论沉积物的物理、化学和生物指标的含义,而非简单地研究这些指标的数值,是干旱区流域性气候变化对比研究的新视角。     

猪野泽中全新世干旱事件时空范围和机制

以亚洲季风边缘区石羊河流域终端湖猪野泽为例,结合最新的沉积物年代、岩性、指标及古湖泊岸堤研究结果,从时间和空间尺度上探讨了猪野泽中全新世干旱事件时空范围和机制。从空间上对比了猪野泽中全新世地貌及沉积物岩性和指标,并配合石羊河中、上游地区的中全新世沉积剖面进行研究。在时间尺度上分析了猪野泽和石羊河流域近百个全新世测年结果,最终得出猪野泽地区在8.0~7.0 cal ka B.P.期间存在百年尺度的干旱事件,而不是以前研究提出的距今7000~5000日历年期间2000 a尺度的干旱事件,并且这次极端干旱事件影响范围主要在石羊河中、下游地区,对石羊河上游地区影响较小。根据时空尺度分析对猪野泽中全新世干旱事件机制进行讨论,结果表明这次干旱事件主要是由流域气候条件特征和水热配比改变所引起的,而不是以前研究提出的亚洲夏季风减弱导致。     

河西走廊盐池晚冰期以来沉积地层变化综合分析——来自夏季风西北缘一个关键位置的古气候证据

盐池位于祁连山北麓的河西走廊中段,是研究长时间尺度亚洲夏季风影响区北部边界变化的关键区域。现代气候学证据显示,亚洲夏季风的水汽输送限于祁连山东部地区,但是在全新世长尺度气候变化的背景下,夏季风西北边界是否会南北向移动是一个关键的科学问题。本研究对盐池古湖泊沉积物进行了孢粉浓缩物AMS14C测年,并分析了岩性、粒度、矿物及地球化学等指标。年代结果显示剖面下部湖相沉积层主要形成于晚冰期和早全新世期间,配合指标研究,该时期盐池沉积物体现了湖泊扩张的特征;剖面中部湖相沉积层主要形成于早、中全新世过渡时期,该段年代序列混乱,且普遍偏老,与之对应的指标结果显示湖泊开始退缩。湖泊退缩过程中,湖泊边缘附近水动力作用较强,导致再搬运及再沉积作用明显,从而使得年代结果较老且混乱。中全新世以来盐池古湖泊退缩明显,沉积速率较低,以泥沼相沉积为主。盐池晚冰期以来湖泊演化过程与青藏高原区和典型季风区的古气候记录具有一致性,整体表现为晚冰期及早全新世湖泊扩张,中、晚全新世期间湖泊退缩明显,这种变化模式与西风区湖泊演化存在差异,显示了千年尺度亚洲夏季风对该区域的影响,证明了夏季风北部边界摆动的事实。     

通过现代观测来检验湖面蒸发对中国干旱、半干旱区湖泊水位变化的影响(英文)

Qinghai Lake and Zhuye Lake, ~400 km apart, are located in the northwest margin of the Asian summer monsoon. Water of these two lakes mostly comes from the middle and eastern parts of the Qilian Mountains. Previous studies show that the Holocene climate changes of the two lakes implied from lake records are different. Whether lake evaporation plays a role in asynchronous Holocene climate changes is important to understand the lake records. In this paper, we used modern observations beside Qinghai Lake and Zhuye Lake to test the impact factors for lake evaporation. Pan evaporation near the two lakes is mainly related to relative humidity, temperature, vapor pressure and sunshine duration. But tem-perature has different impacts to lake evaporation of the two lakes, which can affect Holocene millennial-scale lake level changes. In addition, differences in relative humidity on the millen-nial-scale would be more significant, which also can contribute to asynchronous lake records.     

孢粉浓缩物矿物成分分析及其在孢粉提取方法中的应用

孢粉浓缩物作为孢粉学研究的基础和前提,其纯度直接影响到孢粉学研究结论的准确性。干旱区湖泊沉积物孢粉浓缩物中残留的不溶矿物颗粒,对孢粉鉴定、分析和测年等造成干扰。明确不溶颗粒的矿物成分,探讨孢粉提取过程中化学反应作用机制,对完善于旱区湖泊沉积物孢粉浓缩物提取方法有重要意义。本文选取石羊河下游终端湖——猪野泽地区沙坑井(SKJ)和九驼梁(JTL)剖面湖泊沉积物及相应层位孢粉浓缩物,进行矿物成分对比研究,结果显示:全样和孢粉浓缩物的矿物成分均以石英和硅酸盐类矿物为主;孢粉浓缩物中矿物组成更为多样,硅酸盐矿物种类与全样差异较大,这可能由于石英与硅酸盐类矿物和氢氟酸反应,在溶液中产生了大量硅酸根、含氟金属络合阳离子和金属阳离子所导致。两种阳离子通过与硅酸根结合,或与原有硅酸盐矿物发生置换反应,使孢粉浓缩物中出现了全样中不存在的硅酸盐或碳酸盐矿物。孢粉浓缩物中较多的矿物种类也可能与样品总量减少有关,因为微量矿物的含量会因其他矿物的大量减少而增加,从而在浓缩物中得以表现。此外,全样矿物与氢氟酸反应后会生成硅凝胶物质,有可能会阻碍酸与样品的进一步反应,使孢粉浓缩物中存在未能完全反应的石英和少量碳酸盐类矿物。因此,干旱区湖泊沉积物孢粉提取过程中,应当慎用氢氟酸,在充分分散样品后,选择适当比重的重液浮选去除大部分石英和硅酸盐类,再使用氢氟酸多次处理,是完善干旱区湖泊沉积物孢粉浓缩物提取方法的有效途径。     

猪野泽沉积物有机地球化学指标与花粉组合的关系及其对环境变化的响应

探讨晚冰期以来猪野泽沉积物中的总有机碳（TOC）、碳氮比（C/N）、有机碳同位素（δ13C）3种有机地球化学指标与花粉组合之间的相互关系。结果表明,猪野泽沉积物中有机地球化学指标和孢粉组合对环境变化的响应程度不同,3种有机地球化学指标对环境变化的整体趋势反应敏感,孢粉组合适于对细节变化的分析。猪野泽沉积物整个剖面中（除~13.0 cal ka BP之前的底部砂层沉积段外）TOC和C/N较低值,δ13C较高值,对应总花粉浓度较低时期;TOC和C/N较高值,δ13C较低值,对应总花粉浓度较高时期。