晚上新世-早更新世北太平洋和黄土高原的风尘沉积记录的初步对比

保存在陆地、海洋和冰芯中的风尘沉积物与粉尘源区的干旱化历史、过去大气环流模式及其强度的演化密切相关,因而,直接的海陆风尘记录对比一直是古气候研究中的热点.为了获得对亚洲粉尘源区的干旱化波动和东亚季风演化的全面认识,较高分辨率地提取了北太平洋ODP 885站深海沉积物中的风尘组分,进而估算了晚上新世-早更新世时段北太平洋中部的风尘通量变化.结果表明,亚洲内陆粉尘源区的干燥度具有大时间尺度的变化特征,在2.Ma左右急剧增加,随后在2.～1.5Ma时段逐渐减小,自1.5Ma开始又逐渐增加.此外,在2.～0.9Ma时段,粉尘源区经历了多次显著的轨道时间尺度上的干湿波动.通过对北太平洋和黄土高原的风尘记录的直接对比,发现在距今约2.Ma,东亚地区的古环境发生了显著的变动,表现为亚洲内陆干旱化的加剧和大幅度冬、夏季风环流的盛行.然而,自2.Ma开始,尤其是1.5Ma以后,由于北太平洋和黄土高原与亚洲粉尘源区的距离不同,两地的风尘通量所揭示的干旱化趋势和变化幅度存有明显差异.北太平洋远离亚洲内陆,其风尘通量变化基本不受粉尘源区范围变化的影响,因而更能反映源区干燥度的变化.相反,黄土高原由于距离粉尘源区较近,风尘通量的变化可能同时受到粉尘源区干燥度和范围的变化以及携带粉尘的风动力强度变化的影响.显然,海洋和陆地古气候记录的直接对比,可为深入认识过去气候变化提供新的思路.     

西宁黄土沉积及其物质来源

西宁黄土包括从Ｓ０至Ｌ１７连续黄土－古土壤序列,黄土开始发育的时间约１．２Ｍａ黄土粒度粗,不稳定重矿物含量高,表明西宁黄土区距黄土物源近,黄土中的石英砂粒多具冰川、冰缘作用的表面机械微结构和形态,结合离石黄土风向主大气环流特征,提出本区黄土主要来地青藏高原第四纪冰川作用和冰缘作用所产生的大量粉砂物质。     

深循环地下水维系黄土高原风尘颗粒连续沉积

黄土高原地区的降水入渗试验表明,降水在入渗过程中受到了蒸发作用,并未入渗到潜水,土壤水中的氘氧同位素与地下水相近,这表明土壤水主要来自于地下水。外源水是黄土高原发源的河流、湖泊的主要补给源,当地的降水仅在汛期补给河流与湖泊。鄂尔多斯盆地黄土地区地下水的分水岭与基底断裂带的分布基本上重合,这暗示着地下水可能来自于基底断裂带,通过基底断裂带上涌的深循环地下水将风尘颗粒粘滞成颗粒团,形成了连续的风尘堆积,深循环的地下水成为维系风尘颗粒在黄土高原连续沉积的必要条件。分析黄土中CaCO3的物质不平衡和钙结核内部无生长层理以及碳氧同位素表现出高度均一性特征,得出黄土中的次生碳酸盐矿物也是由上涌地下水携带来的,并非大气降水入渗造成。调查发现,黄土塬规模的大小与塬轴对称中心钻孔的涌水量成正比关系,表明黄土塬风尘颗粒以对称形式沿着断裂连续地堆积,涌水量越大,所粘聚的风尘颗粒越多,塬的面积也越大,涌水量较小的断裂只能形成墚或峁结构。     

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     

黄土高原风尘堆积物源研究进展

黄土高原风尘堆积是开展古环境变化研究的重要沉积物,其源区的具体位置和变化程度对于揭示东亚大气环流演化具有关键意义,而且一直被学术界广泛关注,存在较大争议.前人通过地球化学(Sr-Nd-Pb同位素、元素地球化学、碎屑锆石U-Pb年龄)、矿物学(白云石、重矿物)、物理学(释光灵敏度、电子自旋共振信号和环境磁学)、气象观测与模拟、地貌学等方法对黄土高原风尘堆积及其潜在源区(北方荒漠和戈壁以及青藏高原东北部)开展了大量示踪研究.研究表明青藏高原东北部、阿拉善高原、塔里木盆地和蒙古戈壁可能是非常重要的源区.目前存在的问题:(1)源区的具体区位;(2)源区物质供给系统是否存在时空变化;(3)第四纪以来的黄土研究居多,而更老时间尺度上风尘堆积的物源研究较少.因此,今后开展更多粉尘物源示踪方法学的研究,并加强第四纪以前黄土高原风尘堆积的物源研究,是风尘堆积物源研究的重要内容.      

黄土高原风尘堆积物源研究进展

黄土高原风尘堆积是开展古环境变化研究的重要沉积物,其源区的具体位置和变化程度对于揭示东亚大气环流演化具有关键意义,而且一直被学术界广泛关注,存在较大争议.前人通过地球化学(Sr-Nd-Pb同位素、元素地球化学、碎屑锆石UPb年龄)、矿物学(白云石、重矿物)、物理学(释光灵敏度、电子自旋共振信号和环境磁学)、气象观测与模拟、地貌学等方法对黄土高原风尘堆积及其潜在源区(北方荒漠和戈壁以及青藏高原东北部)开展了大量示踪研究.研究表明青藏高原东北部、阿拉善高原、塔里木盆地和蒙古戈壁可能是非常重要的源区.目前存在的问题:(1)源区的具体区位;(2)源区物质供给系统是否存在时空变化;(3)第四纪以来的黄土研究居多,而更老时间尺度上风尘堆积的物源研究较少.因此,今后开展更多粉尘物源示踪方法学的研究,并加强第四纪以前黄土高原风尘堆积的物源研究,是风尘堆积物源研究的重要内容.     

晚新生代黄土高原风尘堆积与粉尘源区干旱化问题

基于黄土高原风尘堆积的岩性和磁性地层研究 ,计算了晚新生代黄土高原风尘堆积速率变化 ,并与深海沉积记录的粉尘通量变化对比 ,初步探讨了海陆风尘沉积记录的晚新生代亚洲内陆粉尘源区的干旱化过程 ,揭示出自 4 5MaB P 以来粉尘源区干燥度的逐级增加 ,尤其是在 3 6 2 6MaB P 时段黄土高原风尘沉积速率和ODP885 / 886孔粉尘通量的显著增加 ,暗示可能由于青藏高原在此时段加速隆升所造成的亚洲内陆粉尘源区干燥度的急剧加强。     

西菲律宾海现代风尘物质组成特征及其物源指示意义

为识别西菲律宾海现代风尘物质的具体来源及其携带动力,本次研究于2015年冬季对西菲律宾海上空风尘进行了采集,并系统分析了碎屑态组分的矿物组成和常、微量元素组合特征.西菲律宾海现代风尘沉积物中碎屑矿物成分主要有石英、伊利石、斜长石和石膏等,矿物形态均呈次棱角状,具有明显的风成沉积特征.所研究样品的Al₂O₃-TiO₂投影主要与鄂尔多斯沙漠和巴丹吉林沙漠物质相似,而其微量元素Zr-Th-Sc组成则表现为鄂尔多斯沙漠和塔克拉玛干沙漠物质的两端元混合,说明鄂尔多斯沙漠是西菲律宾海现代风尘的主要源区,而塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠的风尘输入对该区的影响较小.后向轨迹分析表明,西菲律宾海冬季的风尘携带动力主要是东亚冬季风.      

黄土高原黄土和太平洋沉积物 Nd，Sr 同位素变化的比较

东亚季风环流引起的风尘物质的搬运和堆积，形成了我国的黄土高原。最近几年发表了一些对太平洋沉积物 Nd和 Sr同位素的研究结果(Asahara,1999；Asahara 等，1995；Pettke 等，2000)。由于亚洲大陆是太平洋沉积物中风尘物质的主要来源之一，所以将黄土高原研究结果和太平洋沉积物的研究结果相比较，可以得出一些有益的结论。探讨黄土的源区，采用全岩样品进行 Sr 同位素研究不适合。对黄土样品进行了一系列酸淋洗实验（盛雪芬等，2000；Yang 等，200结果证明，选用弱醋酸淋洗，可以有效地去除黄土和古土壤中的方解石，而对白云石、粘土矿物和长石等结构的破坏程度可以忽略。本次研究的灵台剖面位于黄土土高原中部甘肃省平凉地区灵台县以南约13 km 的五星塬任家坡村，它是迄今为止在黄土高原发现的厚度最大的记录最完整的风尘堆积序列之一，其最早时代可达7.8 Ma B P。灵台剖面古土壤酸不溶物的87Sr/86Sr一般高于黄土的87Sr/86Sr。此次测试的黄土、古土壤和红粘土样品分粒级实验（杨杰东等，2005）显示，小于2μm的细颗粒部分具有最高的87Sr/86Sr，而其他颗粒部分的87Sr/86Sr均较低。因此，黄土高原剖面的87Sr/86Sr与小于2μm颗粒部分的比例，或与粘土矿物的含量有关，因为在小于m的细颗粒部分中主要是粘土矿物（图。     

中国东部中新世风尘沉积的发现及其研究意义

黄土高原红粘土古气候与古环境研究取得巨大进展。已知最老的红粘土时代达到22 Ma，在亚洲晚新生代环境演变研究，特别是在指示亚洲内陆干旱荒漠化、高原隆升的环境效应等方面有重要意义。结合野外实地调查和室内粒度、磁化率、扫描电镜和地球化学实验分析结果，对南京附近灵岩山剖面的沉积特征与风尘沉积证据进行了探讨。在灵岩山剖面玄武岩下覆的松散沉积层中有厚度超过4 m的风尘沉积层，时代在12 Ma以前，为迄今中国东部发现的新生代最老的风尘沉积物，是中新世季风气候出现之后的产物，推测与秦安红土剖面记录的15～13 Ma快速强烈粉尘沉积阶段一致，并和南极冰盖15 Ma开始扩大造成的全球降温事件有关联。     

西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其 对黄土高原黄土物源的指示意义

物源研究是理解黄土高原风成沉积物中古环境记录的关键一环。众多证据表明,黄土高原西北部的阿拉善高原及其周边广袤干旱地区是黄土高原黄土的主要风尘源区。但是,基于锆石U-Pb同位素地质年代学的证据对此提出了质疑。黄土高原黄土与青藏高原北部物质中的锆石具有相似的年龄分布,预示黄土高原风尘主要以西风搬运的方式来自青藏高原北部,特别是柴达木盆地。本研究通过分析西宁黄土的锆石年龄特征验证此假说。西宁处于在从青藏高原北部到黄土高原的假想搬运路线上。西宁黄土主要来自青藏高原北部的干旱区。西宁黄土中锆石的主要年龄分布与黄土高原黄土相似,反映青藏高原北部确实为黄土高原黄土的主要物质来源。但是,与黄土高原黄土相比,西宁黄土缺少年龄在360Ma左右和年龄小于100Ma的锆石。这两组年龄的锆石可能来自其他地区,例如处于中亚造山带。由于阿拉善干旱区也通过河流搬运接收来自青藏高原北部的物质,锆石 U-Pb年龄证据并不能排除阿拉善干旱区作为主要风尘物源的可能。相反,阿拉善干旱区还接受来自其北部中亚造山带和其本身华北克拉通的物质,来自阿拉善干旱区的风尘可能更好地解释黄土高原黄土中的锆石年龄特征。     

中新世风尘堆积的地球化学特征及其与上新世和第四纪风尘堆积的比较

文章对秦安中新世黄土-古土壤序列中黄土层样品的常量、微量和稀土元素地球化学特征进行研究,并与西峰第四纪黄土和晚中新世-上新世的风成三趾马红土样品进行对比。结果表明,不同时代的风尘堆积具有大致相似的元素配分模式,并与上地壳平均成分高度接近,表明它们的物质均来自很广阔的物源区,经过多次循环和远距离搬运,并在搬运过程中实现了多种矿物成分高度混合,是远源风尘物质的典型特征。秦安中新世黄土与西峰第四纪黄土相比,常量元素组配特征也有一些区别,主要表现为K,Fe,Mg的轻微富集、Na元素的轻微亏损及相对较高的烧失量,与中新世黄土较细的粒度和相对温湿的气候条件有关。与世界上一些物源较近较小的黄土相比,我国北方不同时代的风尘堆积均具有Cs相对富集、Zr和Hf相对亏损的特征,与粉尘远距离传输过程中的物质分异有关,是沙漠黄土的特点。     

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2000～200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.     

黄土高原风成沉积物磁化率各向异性研究

中国黄土高原粉尘堆积以往注重从物源区携带粉尘的古风向,对粉尘沉积→固结期的古风向缺乏研究。本文评述了近年来应用黄土高原黄土、红粘土磁化率各向异性研究古季风风向变迁所取得的一些重要进展并指出磁化率各向异性最大轴和最小轴的方位和倾伏均与沉积→固结期风向变化密切相关。黄土磁组构结果与利用各种统计方法计算出的古风向在多个剖面与现代夏季风方向相似,由此推论黄土是冬季风带来的沙尘在经历夏季风携带的降雨洗礼后才固结而成。而在黄土之下的红粘土地层中的初步研究发现磁组构显示明显的西风带沉积特征,指出这一现象将在今后研究中继续深入探讨。     

黄土高原的地理信息系统(GIS)试研究

黄土高原水土流失举世瞩目,现在的侵蚀继承和发展了古代的侵蚀,受自然和社会双重因素制约.随着人类社会进步和历史演进,自然与社会因子影响侵蚀的比例不断发生改变.本文从数字黄土高原的角度研究黄土的分布特征和堆积、侵蚀过程,建立了地貌、地质、黄土剖面、水文等空间数据库,研制数字黄土分布图件,展示黄土分布特点,构建黄土的三维分布模型,模拟主要地质时期黄土分布,探讨了侵蚀过程和人类活动对侵蚀的影响.     

黄土高原自然植被的土壤有机碳同位素证据

根据黄土高原现代表土有机碳同位素(δ13CSOM)数据,结合前人关于末次间冰期和全新世中期的分析结果,研究这3个特征时期C4相对生物量(C4％)的空间变化特征。结果表明,3个时期黄土高原C4％均由东南(33％,25％和12％)向西北(0％)递减。10％等值线在末次间冰期大致位于交道-泾川西北、西峰东南一带; 到全新世西部向南推进,大致位于交道-洛川-旬邑以西北、西峰-灵台以东南一带; 而现今比全新世时期向东南推移约60km,退至黄陵以西北、彬县-延安以东南一带。全新世与末次间冰期温度和降水的不同可能是植被差异的主要原因。现代C4％较末次间冰期和全新世中期有较明显的降低,可能与较高的大气CO2浓度、较低的温度和干旱化有关。由于上述3个特征时期黄土高原东南地区均以C4草本植物为主,西北地区C3植物比例的增加亦为C3草本植物比例的增加。     

中国黄土高原红粘土环境磁学研究进展

黄土高原地区的红粘土沉积序列蕴含着晚新生代气候变化和高原隆升的信息。最近的研究表明,红粘土与上覆的黄土-古土壤序列具有相似的磁学性质,用环境磁学的方法可以成功地提取红粘土中的古环境、古气候信息。文章评述了近年来红粘土环境磁学研究所取得的一系列进展,对黄土高原红粘土的磁学性质、磁学参数的古环境意义以及红粘土磁化率所记录的米兰科维奇气候周期和东亚夏季风的演化历史等问题进行了回顾和讨论。