最后两个冰期旋回季风-沙漠系统不稳定性的高分辨率黄土记录

黄土高原西北部黄土沉积的粒度变化同时受控于沙漠进退和冬季风强度波动,因此,此区粒度可视为季风-沙漠系统变迁的替代性指标。本研究以2cm为间隔,对李家塬和新庄源S2以上部分做了粒度分析。结果表明,倒数第二次冰期中的冰阶时段与末次冰期类似,存在着频繁的千年尺度的气候波动;而末次间冰期这类变化并不明显。     

Heinrich事件和末次冰期气候的不稳定性

对北大西洋深海沉积物的研究表明：末次冰期北大西洋沉积物记录中有多次洋面温度降低、有孔虫含量减少、盐度降低和粗颗粒的碳酸盐碎屑快速堆积的现象，这些时间跨度上千年或几百年的气候快速波动被称为Heinrich事件^{［１－４］}，很难用古气候的米兰科维奇理论来解释。最近对末次冰期中国马兰黄土堆积的调查发现，在末次冰期之中东亚冬季风也有多次加强，它与北大西洋沉积物中的Heinrich事件对应很好，暗示着东亚季风的变迁更直接受控于北半球冰量的变化，而不是过去人们认为的东亚古季风气候变化与地球轨道变化引起太阳辐射变化直接相关。      

黄土高原和南海陆架古季风演变的生物记录与Heinrich事件

宝鸡黄土中0.15Ma以来植物硅酸体研究表明,年均温度、1月份和年均降水量的变化与深海氧同位素变化有很好的一致性,而7月份降水量的变化与印度洋反映季风强弱的粒度变化相类似。南海陆架孢粉研究发现,14700-13900aB.P.和22900一20600aB.P.气候变冷期与北大西洋沉积物中H1、H2变冷事件存在成因上的联系。全球冰量通过冬季风等因素在“轨道尺度”上可能影响了夏季风对特定地区的控制时间,从而控制了黄土区气候的年均状况,但没有影响夏季风固有的变化周期和振幅。由低纬夏季太阳辐射控制的夏季风以其准20000a周期叠加在冬季风所具有的准0.1Ma周期上。冬、夏季风的演化行为具有较强的相对独立性,冬、夏季风同时减弱或增强的情况是存在的。Heinrich事件在东亚地区不仅影响了冬季风而且影响了夏季风。     

末次冰期贵州七星洞石笋高分辨率气候记录与Heinrich事件

通过对贵州都匀七星洞Q4、Q6 石笋进行高精度的TIMS-U系测年和氧同位素分析,建立了末次冰期60.5 ka B P以来都匀凯酉地区高分辨率的古气候变化时间序列.通过与格陵兰GISP2冰心的δ18O曲线对比分析,初步揭示并探讨了末次冰期以来反映的短时间尺度气候快速变化的D-O旋回事件1~18和Heinrich事件H1~H5在黔南七星洞中的石笋记录,并对冷事件发生的年代给出了界定.研究表明,黔南60.5 ka B P以来石笋记录冷暖事件所反映出的古季风环流变化,明显受北大西洋气候振荡的影响,显示与北极地区存在着古气候的遥相关.石笋δ18O记录表明,在60.5~11.29 ka B P间的末次冰期,δ18O值由负偏逐渐向正偏方向变化,反映东亚夏季风由强变弱,降雨由多变少,气温由高变低的变化趋势.     

东亚季风气候对Heinrich2事件的响应:来自石笋的高分辨率记录

据湖北省神农架天鹅洞一支石笋11个230Th年龄和254个δ18O数据,建立了28.5～22.0kaB.P.同位素分辨率平均约30a的东亚季风气候变化序列。该石笋δ18O曲线与南京葫芦洞石笋记录在重叠时段基本一致,说明本区石笋δ18O反映了区域性东亚季风经向环流特征。在24.3kaB.P.左右,石笋δ18O明显正偏,持续时间近1ka,指示一次显著的弱夏季风事件,与北大西洋倒数第二次冰漂碎屑事件(Heinrich2)同步发生,可视为东亚季风气候对H2事件的响应。高分辨率的δ18O序列揭示了H2事件的内部结构特征:(1)事件发生的突变性,石笋δ18O记录指示事件发生时在100a内δ18O从-8.59‰迅速正偏为-6.75‰,振幅达1.84‰;(2)事件结束的渐变性,δ18O正偏到-6.75‰后便以阶梯状缓慢负偏到-8.86‰至事件结束,持续时间近900a。这一过程与末次盛冰期东亚季风气候H1事件表现的季风强弱转换方式基本一致,说明末次盛冰期东亚季风气候H型事件具有共同的内部结构特征。研究表明,末次盛冰期东亚季风气候H事件的突变可能受北大西洋驱动并经青藏高原冰川变化放大。     

贵州黔西县水西洞石笋记录的末次冰期Heinrich Stadial 4气候突变事件

末次冰期Heinrich Stadial 4气候突变事件(HS4事件)是发生于约40 ka B.P.(B.P.表示Before Present, Present为公元1950年)最为显著的一次海因里希冰阶事件,对其转型特征和精细结构的刻画有助于深入理解千年尺度气候突变事件的机制。本研究基于贵州黔西县水西洞SXG-3石笋的11个高精度²³⁰Th年龄和277个δ¹⁸O数据,重建了40.77～37.17 ka B.P.时段平均分辨率为13 a的亚洲夏季风强度演变序列。该石笋氧同位素记录清晰地捕捉到了HS4弱季风事件,呈现出三阶段变化的特征,即：第1阶段(39.97～39.13 ka B.P.),石笋δ¹⁸O在840±90 a内偏正1.32‰,夏季风缓慢减弱,对应于热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)的南移和格陵兰气候快速变冷;第2阶段(39.13～38.35 ka B.P.),石笋δ¹⁸O整体偏正,平均为-8.34‰,夏季风强度达到最弱,而南美季风达到最...     

渤海沿岸黄土中有孔虫化石对古风场的指示意义

通过对渤海沿岸末次冰期黄土中有孔虫化石的研究。发现含有主要生活在南黄海和东海水体较深的浮游有孔虫化石：Globigerina flaconensis、Globorotalia pumilio和Neogloboquadrina dutertrei，后者的含量高达6.4%，进一步对比沉积在不同地貌单元上黄土中有孔虫的丰度和浮游有孔虫化石出现的频率，发现沉积在北坡（阴坡）和南坡（阳坡）的有孔虫化石有显著的差异，北坡的有孔虫丰度和出现频次明显高于南坡，分析认为渤海沿岸的黄土不但具有西北风和东北风从渤海和北黄海搬运来的成分，还有东南风从南黄海和东海搬运带来的成分。     

南海西北部陆坡H1事件的磁学记录

Heinrich 1（H1）事件,是末次冰消期内一个重要的千年尺度的古气候事件。南海不同海域沉积物磁学性质对H1事件的响应存在差异,因而磁学参数的多解性应予以关注。本文选取南海西北部陆坡具有良好年龄框架的PC338岩芯顶部370 cm段（底部年龄20.5 ka B.P.）,进行详细的磁学性质分析,并利用IRM获得曲线组分分离方法和高场磁化率值等参数,试图为区域气候变化的沉积物磁学响应给出合理解释。结果表明,在H1事件发生时,碎屑成因的磁铁矿（IRM_（C2+C3））和顺磁性组分（χ_p）明显降低,这反映了源区化学风化的减弱,指示南海北部冷干的气候条件;另外,H1事件发生时,南海西北部陆坡的赤铁矿含量较高,这与海平面降低造成的红河源区的赤铁矿输入增多和暴露的大陆架处于氧化条件有关。H1事件时期,东亚季风区呈现末次冰消期以来最干旱的气候特征,主要受控于大西洋经向翻转环流的减弱迫使热带辐合带南移和热带太平洋类La Niña的气候条件这两个因素。

     

末次冰期东亚季风快速波动的模式与成因

通过对位于东亚季风区中东部与西部边缘的两个高分辨率黄土剖面记录的对比研究，发现它们不仅捕捉到了20个Dansgaard Oeschger事件与6个Heinrich事件，而且黄土记录与GRIP冰芯记录的这些快速气候波动基本上是同步的。暗示在整个末次冰期，东亚季风气候同样存在千年—百年尺度上的快速波动。所不同的是，西面的沙沟剖面对这些快速气候波动的反应比东面的王官剖面敏感。结合末次冰期中国黄土记录的先前研究结果，我们发现，自西向东Dansgaard Oeschger旋回的幅度逐渐变小，推测这主要是由西风与东亚夏季风共同作用所造成的。     

东亚中高纬Heinrich 1事件的表现特征:呼伦湖孢粉记录

Heinrich 1事件是发生于末次冰消期的极端气候突变事件之一,对全球大气环流和陆地生态格局产生了深刻影响。基于对东亚夏季风边缘区最北端呼伦湖HL08孔5.75 m以上沉积岩芯的AMS ¹⁴C定年技术和415~275 cm段140个样品的孢粉分析,重建了东亚中高纬地区呼伦湖21500~13000 cal.a B.P.高分辨率植被变化历史,在此基础上揭示了Heinrich 1事件期间呼伦湖区植被响应过程,明确了Heinrich 1事件在东亚中高纬地区的表现特征。结果显示：呼伦湖区Heinrich 1事件发生于16500~15400 cal.a B.P.,以剧烈降温和显著干旱化为表现特征;事件发生期间湖区周围山地发育亚高山草甸,森林植被稀疏;湖盆区域以藜科为主的荒漠草原显著扩张,区域植被盖度降低、生态环境明显恶化;同时,不同植被类型对Heinrich 1事件的响应存在明显差别,亚高山草甸和蒿属为主的典型草原较藜科为主的荒漠草原和桦属为主的落叶阔叶林响应更为快速、敏感。

     

沙鲁里山更新世冰川作用及西南季风波动对末次冰期冰川作用的影响

地处南亚季风区的沙鲁里山地区保留有丰富的第四纪冰川作用遗迹。文章通过ESR对冰碛物直接定年,结合冰碛地貌形态及其风化程度差异,结果表明沙鲁里山地区可能经历了4次规模较大的冰川作用。它们的ESR年代大约为19～16kaB.P.,48～43kaB.P.,135kaB.P.和571kaB.P.,分别与深海氧同位素第2、第3、第6、第16阶段对应。自沙鲁里山最早冰川作用(571kaB.P.)以后,该区经历了较大规模的抬升作用。MIS2和MIS4期间西南季风微弱,降水稀少,气温严寒,南亚季风区冰川发育受到一定限制。MIS3早期和晚期夏季风强盛,降水丰富,温度较高,水热平衡状况有利于冰川发育;MIS3中期气温较低,夏季风较强盛,降水较丰富,这种冷湿组合的气候条件有利于冰川发育。南亚季风区,MIS3期间的冰川前进规模不亚于甚至在某些区域超过了末次盛冰期,其主要原因可能是受制于夏季风的降水差异。     

昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段记录的末次间冰阶千年尺度的气候波动

通过对昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段的年代测试、粒度参数(Mz和σ)以及主要氧化物(SiO2,Al2O3,TOFE(Fe2O3 FeO)和(Al2O3 TOFE)/SiO2比值)分析,并结合区域相关地层反映的古环境和腹足类化石指示的古生态,认为AQS3记录了末次间冰阶19个旋回的干冷与暖湿的气候波动。其中,15个具有千年尺度旋回的各个温暖期能够较好地与GRIP冰芯氧同位素曲线中的D-O事件在时代和气候性质上进行一一对比。可能是由于地处毗邻冰川山麓、加之海拔较高,故该层段粒度与主要氧化物显示的气候变动的幅度并不大,然而却相当敏感。不仅于此,这种千年尺度的温暖气候变化在昆仑山北麓及其近邻区域也有明显的表现。例如,在昆仑山北麓普鲁地层剖面中,指示暖干气候作用下形成的含石膏等盐类的砂土砾石层的TL年龄为距今31000年、45500～41600年、45900年和54500年,可以依次与GRIPδ18O中的间冰段D/O6,D/O12,D/O13和D/O15进行对比;在阿尔金山北麓,类似的并具有荒漠漆的砂土砾石层的TL年龄为37200aB.P.和59700aB.P.,分别相当于D/O9和D/O17间冰段;在塔克拉玛干沙漠腹地的高阶地(海拔1310m),可能代表了剧烈升温的气候背景下,环塔里木盆地四周高山冰雪大量消融导致的塔克拉玛干沙漠腹地的"大湖期",其日历年为33197aB.P.,与GISP2冰芯氧同位素曲线在33000aB.P.的暖阶段相当。发生在昆仑山北麓及毗邻区域AQS3时期若干温暖阶段的地层学证据以及其在时间上能够与GRIP和GISP2冰芯氧同位素曲线相关暖峰的耦合,表明由阿羌剖面末次间冰阶粒度和主氧化物峰谷变化反映出来的多次冷暖波动,其根本原因还是受到北半球D/O振荡的强烈影响。     

CLIMATIC BEHAVIOUR OF THE LAST DEGLACIATION RECORDED IN SWAMP SEDIMENTS NEAR BEIJING

1.IntroductionStudyontheclimaticchangesontimescalesof10'-yearduringthelastdeglaciationperiodandtheirenvironmentaleffectsmaybeexpectedtoprovidevaluableknowledgeforpredictingpossibletrendofclimaticchangesinthefutUreglobalwarming.TheclimaticsignalsinrelationwiththeNorthAtlanticYoungerDryasEventhavebeenreportedinalargenumberofterrestrialrecordsinChina(e.g.Gasseetal.,1991,Anetal.,1993)andinthesurroundingoceans(Kudrassetal.,1991;Broekeretal.,1988,Wangetal.,1994).However,theclimaticbehaviourofth…     

末次盛冰期黄土高原蜗牛化石记录的气候快速变化及其影响机制

本文通过对渭南黄土剖面末次盛冰期地层较高分辨率的蜗牛化石记录研究,发现这一时期特征蜗牛种类峰值的演替反映了古气候的演化过程和温、湿度的组合关系,气候变化显示出百年～千年尺度波动的特征,温度的变化明显地要早于湿度(降水)的变化1000～2000a,表现为变冷-冷湿-冷干-温干-温湿的气候过程,研究认为造成这一气候特点的原因是东亚冬、夏季风共同作用的结果。对喜温湿蜗牛种类的研究,揭示出东亚夏季风在这一时期至少能够持续地影响到黄土高原的东南部地区,这个时期冬季风强化的结果之一是影响了夏季风在这一地区滞留的时间,加大了季节性的差异。分析表明尽管夏季风在这一地区滞留的时间缩短,但维持了它固有的强度,提供了适量的水热条件供喜温湿蜗牛种类在这一寒冷阶段持续地生长和发育。     

陇东黄土高原北部全新世野火历史的木炭屑记录

全新世黄土-古土壤剖面保存的木炭屑记录了野火和自然景观演变的过程,本研究通过野外考察采样和磁化率、TOC、木炭屑的实验分析探索陇东黄土高原北部地区全新世野火的历史。研究结果表明:11500aB.P.之前末次冰期,气候干旱,在半荒漠草原植被条件下,自然野火频繁发生;全新世早期（11500～8500aB.P.）野火发生频率大大降低;8500～3100aB.P.为全新世气候适宜期,气候相对比较湿润,生物风化成壤作用强烈,呈现森林草原景观,野火发生几率明显下降,但在古土壤形成早期,木炭屑峰值反映有野火频繁发生,这可能是新石器时代早期老官台文化（8000～7000aB.P.）时期人类用火及其放火烧荒开垦农田等活动的结果;全新世晚期气候向干旱化发展,具有游牧性质的寺洼文化（3250～2650aB.P.）出现在陇东北部黄土高原地区,有一定野火活动。1500aB.P.以后,木炭屑浓度大幅度减少,反映野火很少发生,可能由于本地区半农半牧土地利用方式已经确立,人工-自然复合生态景观形成。     

全新世与上次间冰期气候差异的古土壤记录

目前国际上对全新世与上次间冰期的气候差异还存在着较大的争议。对西欧阿晴里姆黄土中全新世和上次间冰期古土壤（埃姆古土壤）,中国黄土中S₀及S₁的对比研究表明,埃姆古土壤和S₁是典型的复合土壤,记载了相同的沉积-成壤事件序列,并与深海氧同位素记录有很好的一致性。第一成壤期与氧同位素阶段5e相对应,代表了典型的间冰期气候。西欧在该时期形成的土壤与全新世土壤的成壤过程基本相同,二者反映了类似的气候条件;而中国黄土中S₀和S₁则具很大差异,这表明我国北方最后两次间冰期的气候条件显著不同。青藏高原在中更新世末期以来的隆升对季风环流的影响是值得注意的原因之一。     

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。     

末次间冰期以来青藏高原东部季风演化的黄土沉积记录

对青藏高原东部甘孜地区末次间冰期以来黄土地层的磁化率、粒度、CaCO3含量和有机碳含量等气候代用指标的综合分析表明,末次间冰期以来青藏高原东部冬、夏季风分别经历了5次和6次较为强大的时期;其演化阶段基本可与深海氧同位素曲线(SPECMAP)对比。与同期印度洋季风强度变化存在极高的一致性(特别是在氧同位素阶段3)。我们认为,全球冰量变化可能不是控制青藏高原季风演化的决定因素,而其它因素如太阳辐射变化及高原下垫面状况对高原季风演化可能具有更为重要的意义。     

中国黄土高原西部马兰黄土记录的MIS3气候特征与全球气候记录的对比研究

对黄土高原西部临夏塬堡剖面的研究表明:56.1～25.0kaB.P.相当于末次冰期大间冰阶或深海氧同位素第3阶段可划分为56.1～42.2kaB.P.强温湿、39.3～33.1kaB.P.弱温湿、31～25kaB.P.中等温湿的3个温湿期和42.2～39.3kaB.P.,33.1～31.0kaB.P.的两个干冷期,且没有记录前人认为的所谓“高温大降水事件”。全球不同区域同期气候记录的对比分析证明:“高温大降水事件”只是局部气候演变的产物,其影响范围是有限的,将末次冰期晚期40～30kaB.P.全部升格为间冰期的说法有待商榷。在深海氧同位素第3阶段成因机制的探讨中,究竟是太阳辐射量的变化诱导北半球冰量的变化,从而诱发末次冰期这一温湿时期的产生,还是在较大程度上受太阳辐射量的变化更直接一些,尚需做更多的工作。