黄土碳酸盐古气候意义及其研究展望

碳酸盐是黄土中的主要矿物,是黄土—古土壤序列中含量变化最显著的矿物之一,其在表生环境下极易移动,并且它的迁移变化受大气降水、温度等古气候因素制约,在黄土高原风尘堆积序列的古气候研究中具有极其重要的意义,其变化能够较好地反映古季风的演变规律。黄土—古土壤中碳酸盐的含量变化和东亚夏季风降水的强度密切相关,碳酸盐矿物中白云石和方解石的存在与否及淋失深度对夏季风演变同样有很好的指示意义。稳定同位素δ¹⁸O可以作为夏季风的代用指标,指示成壤时期环境中的古温度;δ¹³C值表现出在黄土层中高,而在古土壤层中低,因此碳酸盐δ¹³C值可能更多反映了植被发育程度。碳酸盐中Sr同位素能够反映风化作用的强弱,而去除碳酸盐后的Sr同位素则能更好地反映成壤作用的强度和判别风尘物质的来源。与其它季风气候替代性指标相比,酸溶相中的δ¹¹B值变化与降水有直接关系,可以很好地作为夏季风降水指标。非传统稳定同位素Li、Ba和Fe有应用于黄土研究中,但目前的研究表明它们对气候环境暂无较好的指示意义。     

中国西风区黄土常量元素地球化学行为与古环境

位于中国西风区新疆伊犁盆地黄土与古土壤样品的常量元素分析表明，其烧失量和SiO2含量与样品的碳酸盐含量正相关。黄土与古土壤SiO2含量没有明显差别，但Al、Fe、Mn和K在古土壤中发生一定的分异，代表了相对强的成壤作用。与黄土高原相比，伊犁盆地 末次间冰期古土壤富钛、铁、锰、镁和钙（个别样品除外），而黄土高原S1更加贫钠和钾，而且钙含量很低；末次冰期黄土富锰、镁和钙，贫纳和钾，而黄土高原L1以富钙贫钠、钾为特征。常量元素地球化学行为揭示，伊犁黄土与古土壤较黄土高原同期黄土与古土壤形成于更加干旱的气候环境中。     

新疆西风区黄土与古土壤磁化率变化特点

在东部季风区的黄土研究中,磁化率是反映季风区气候变化的重要替代性指标之一,但关于中国西风区黄土磁化率的研究至今仍然为空白。通过对新疆典型的西风区——伊犁地区现代土壤和两个典型剖面黄土与古土壤序列磁化率研究发现,两个剖面黄土与古土壤磁化率特征存在差别。地处荒漠草原地带的则克台黄土剖面中马兰黄土的磁化率值略高于弱成壤层,末次间冰期古土壤层的上部磁化率也低于黄土,与东部季风区相比黄土磁化率偏高;而位于草原地带的库尔德能布拉克剖面黄土磁化率为低值,古土壤为高值,表现出与东部季风区类似的变化特点。两个黄土剖面所反映的磁化率的区域差异在一定程度上揭示了气候对磁化率变化的控制作用,但另一方面也反映了该区磁化率物理意义的复杂性。提出虽然在西风区黄土记录研究中不能简单套用东部季风区的方法,但磁化率和碳酸盐含量在西风区可指示湿度变化。     

汉江一级阶地抬升以来北亚热带风尘堆积、发育与东亚季风演变的耦合关系——以郧县段汉江上游谷地为例

风成黄土对东亚冬夏季风优势期转换及起迄时间起到良好指示作用,探究风尘黄土堆积、发育特征与东亚季风演变的耦合关系十分必要。本文通过研究汉江一级阶地上覆黄土-古土壤序列的构型、磁化率、烧失量、粒度、元素组成特征,分析汉江一级阶地抬升以来黄土-古土壤序列的成因及成壤特征,探究东亚冬夏季风的演化序列。结果表明：（1）汉江上游地区黄土-古土壤序列的地层构型为表层土（MS）-近代黄土（L₀）-古土壤（S₀）-过渡层（L_t）-马兰黄土（L₁）,磁化率、粒度、烧失量、元素组成等特征指示各地层成壤强度特征为S₀>L₀/L_t>L₁。（2） 成壤强度指示18000 a BP以来,东亚冬夏季风演替特征为末次盛冰期冬季风强烈→全新世早期冬季风减弱→全新世中期夏季风主导→全新世晚期夏季风减弱~,冬季风强盛,其演变滞后于低纬太阳辐射变化2000~3000 a。（3）该风尘堆积物理化性质对6000~5000a BP的气候恶化期有所响应。总而言之,汉江上游一级阶地上覆黄土为风尘堆积物,指示18000a BP以来东亚季风的变迁规律及季风异常事件,能够体现北亚热带对全球气候变化及极端事件的响应。     

风化成壤对原始粉尘粒度组成的改造证据

对现代粉尘、黄土、古土壤、红粘土全样和对应石英样的粒度分析结果表明,现代粉尘和对应石英样的粒度组成最为相似,而其它经历了风化成壤改造后的全样,粒度组成发生了不同程度的变化,其中以古土壤和红粘土样尤为显著。全样和石英样品的平均粒径比值变化,反映了原始粉尘经风化成壤改造而细化的程度,可能与夏季风强度关系密切。灵台剖面L₆以来的黄土—古土壤序列的磁化率、全样和石英样平均粒径及其比值变化对比表明,在冰期-间冰期旋回时间尺度上,全样和石英样平均粒径记录的冬季风变化特征类似,但在千年时间尺度上,平均粒径比值和石英样的平均粒径变化则揭示出东亚季风具有更高频次的变率特征。     

陕西五里铺黄土微量元素组成与全新世气候不稳定性研究

通过对岐山黄土剖面Pb、Cu、Zn、Cd、Mn元素含量、磁化率及粒度的研究表明,这些元素含量变化实质是气候变化的直接结果,其含量高指示风化成壤作用强烈的湿润环境,含量低指示寒冷的干旱环境。揭示出黄土高原南部全新世气候在总体温暖的情况下有明显波动变化,在5000~6000 a BP出现一次明显气候干旱期,使全新世"大暖期"分裂形成两个主要的成壤期S₀¹和S₀²。在S₀¹、S₀²成壤时期仍存在次一级的气候变化事件。全新世时期该地区经历了黄土沉积(L_t)→古土壤发育(S₀²)→黄土覆盖(L₀²)→土壤再度发育(S₀¹)→黄土堆积及现代表土(L10)的发展演化阶段。     

泾河上游黄土高原全新世成壤环境演变与人类活动影响

通过对黄土高原腹地甘肃合水MJY-A全新世土壤剖面磁化率、粒度、全铁、TOC、TC、CaCO3等气候代用指标的测定分析。结果表明：在全新世早期,黄土高原中部地区气候虽比较温和干燥,风尘堆积速率降低,土壤发育表现为边沉积边成壤的自然过程;到了全新世中期,气候较为温暖湿润,地表植被发育,生物风化成壤作用强烈,土壤发育依旧表现为自然的成壤过程,形成深厚的古土壤-黑垆土(S0);到了全新世晚期,气候开始恶化,干旱少雨,植被急剧退化,沙尘暴频繁发生,形成的现代黄土层(L0)覆盖了土壤(S0)使之成为埋藏古土壤,土壤发育深受人类活动的影响。现代黄土高原土地资源的退化,并不全是由自然要素本身固有的规律所造成的,而是在自然要素本身变化的背景上叠加了人类活动影响的结果。     

淮河上游全新世风成黄土与成壤环境变化研究

在野外考察研究的基础上,在河南禹州全新世黄土-古土壤剖面系统采样,利用X-荧光光谱仪测定了常量元素的含量,并与磁化率、粘粒含量及碳酸钙含量变化曲线对比发现:常量元素氧化物(Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO)含量随土壤地层呈现有规律变化,即在古土壤层(S0)中含量最高,表土层(MS)中次之,在黄土层(L1、Lt、L0)中最低;Na2O在古土壤层淋失,在黄土层相对富集。深入分析表明,淮河上游全新世黄土为风力沉积物,来源于黄河下游泛滥平原的风沙活动和沙尘暴沉积。在古土壤层和表土层形成时期,气候温暖湿润,虽然仍然有沙尘暴发生,但是成壤作用和次生粘化作用较强;在黄土层堆积时期,气候干旱寒冷,黄河下游泛滥平原植被稀疏,风沙活动和沙尘暴强烈,风化成壤作用极其微弱。这些化学成分含量与磁化率相关性很强,表明它们主要受全新世气候与成壤环境变化的控制。     

宁夏长城塬全新世黄土-古土壤序列微形态特征及意义

利用偏光显微镜对宁夏长城塬全新世黄土-古土壤序列(CCY)的微形态特征进行了详细观察和分析。结果表明,S0层的粗颗粒形态参数（如C/F(10 μm)、面积、周长、等圆直径等）以及土壤形成物、孔隙、微垒结等微形态指标明显区别与黄土层L层,其中C/F(10 μm)值在全剖面中达到最小值,孔隙度达到最大值,残积黏土铁染程度最强烈,指示出古土壤S0层受到的风化作用较为强烈,成壤强度较强。同时,微形态变化能够与磁化率、CaCO3、粒度含量变化进行良好的对比;通过对比得出C/F(10 μm)值、孔隙度、土壤形成物存在形式也可作为指示气候变化的一个重要指标。     

西周沣镐遗址全新世土壤研究

根据西安西部西周沣镐遗址附近全新世土壤剖面磁化率、全铁、有机碳、Rb和Sr等指标的测定分析,揭示了与全新世环境变化相对应的成壤过程,阐明西周时代土壤和土地资源状况及人类耕作对成壤过程影响。认为全新世早期气候较温和干燥,风尘堆积速率降低,有一定生物风化成壤作用,土壤发育表现为边沉积边成壤;全新世中期气候温暖湿润,生物风化成壤作用大于风尘堆积作用,随着沉积和成壤继续,土壤层深厚,形成古土壤层(S₀);全新世晚期气候恶化,沙尘暴频繁发生,风尘堆积作用大于风化成壤作用,形成现代黄土层(L₀)覆盖了土壤(S₀),使之成为埋藏古土壤。西周时期(3000~2720a B.P.)气候干旱使环境资源恶化,土壤退化严重,当时的耕作层和古地面位于相当于黄土(L₀)下部、古土壤(S₀)顶界以上10cm的层位。     

西安全新世环境变化及对人类活动的影响

为揭示西安地区全新世环境变化及其对人类活动的影响,论文运用土层元素含量、CaCO₃含量和磁化率等指标研究了白鹿塬全新世各土层发育时的环境变化。结果表明：该区的中全新世古土壤受到中等程度的化学风化,尚未达到脱钾阶段,土壤类型为亚热带黄棕壤。该层古土壤发育时的年均温度约为16 ℃,年均降水量约为920 mm。中全新世夏季风活动占主导地位,夏季风带来的降水量约为570 mm。晚全新世黄土受到低等程度的化学风化,具有碱性褐色土的特点,发育时的年均温度为11~13 ℃,年均降水量为600~700 mm。晚全新世夏季风活动与冬季风相近,夏季风带来的降水量在350 mm左右。在中全新世晚期的6000~5000 a BP之间,发生了气候变冷干的事件,在冷干事件期间土壤侵蚀强烈,当时堆积的黄土在广大地区受到侵蚀消失,仅在少数剖面存留。晚全新世黄土发育时的沙尘暴堆积率至少是中全新世古土壤发育时的2.3倍。中全新世气候温暖湿润,导致古土壤粘化强、持水性较好、含水量充足,非常利于当时温带作物和部分亚热带作物发展与农业生产,这是当时人类活动较强和村落分布较广的主要原因。晚全新世黄土也具有优良土壤的特性,当时降水量和土壤水分含量基本能够满足温带旱地农业生产的需要,这是晚全新世关中平原人类活动逐渐增强的重要原因之一。     

16 ka以来黄土高原东亚夏季风变化的环境磁学记录

末次冰消期以来的气候变化是第四纪古气候研究的重要内容.本文对黄土高原西部和平镇剖面16 ka以来的黄土沉积序列(厚度为3.5 m)进行了高分辨率环境磁学研究.结果表明:该黄土序列的磁性颗粒主要由细颗粒磁铁矿主导.其磁化率和频率磁化率具有相同的变化特征,与黄土高原中部和东部的黄土磁化率变化机制一致,即黄土高原西部和平镇黄...     

渭河上游地区樊家城黄土-古土壤剖面Rb、Sr、Ba存留特征及意义

选择渭河上游樊家城全新世黄土-古土壤剖面为研究对象,对该剖面元素Rb、Sr、Ba含量和磁化率、粒度、CaCO₃进行了测定。结果表明：Rb、Sr、Ba含量及Rb/Sr、Ba/Sr比值与磁化率、粒度、CaCO₃含量显著相关,能够指示渭河上游地区全新世的气候变化。剖面中古土壤层的磁化率、黏粒、Rb/Sr、Ba/Sr以及元素Rb、Ba含量高于黄土层,CaCO₃、Sr含量小于黄土层,指示渭河上游地区古土壤层（S₀）形成时期主要受夏季风影响,气候温暖湿润,淋溶作用强,风化成壤作用强;而黄土层形成时期主要受冬季风影响,气候相对冷干,淋溶作用弱,风化成壤作用弱。在全新世中期,古土壤层S₀¹与S₀²之间的黄土夹层,反映了渭河上游地区在全新世大暖期的6 000~5 000 a BP期间气候显著恶化。     

长江下游地区下蜀黄土堆积与成壤环境演变——以南京江北地区一典型剖面为例

通过对南京江北地区一个典型剖面（TZC剖面）进行野外调查、室内磁化率、粒度等替代性指标分析和光释光断代研究,探讨了该地区第一层古土壤形成时的粉尘堆积与成壤环境演变特点。结果表明:第一层古土壤（400⁵0cm）形成于全新世最适宜期（8500³100aBP）,是在末次冰期下蜀黄土堆积成壤基础上的再发育,与下伏黄土之间存在发生学联系。根据沉积年代和沉积厚度对沉积速率估算,该地区末次冰期沉积速率约为11.17cm/ka,而且可以推测古土壤顶部经历过强烈的水土侵蚀作用,侵蚀的厚度为98.67cm,侵蚀下来的黄土在地势低洼的地方形成次生黄土,这表明了次生黄土同为风尘成因,只是经过后期雨水的侵蚀、搬运和再堆积而已。全新世晚期3100年以来,季风转变,沙尘暴加剧,土壤退化,在南京江北地区堆积成厚约50cm左右的现代黄土层或表土层。     

毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性

毛乌素沙地处于中国季风区的西北边缘,对气候变化敏感,是古气候演化和古环境变迁研究的理想场所。全新世气温回暖期,气候整体稳定但存在暖湿冷干的次级波动,不同类型沉积相组成的地层序列记录了全新世千年、百年尺度的气候不稳定性。对毛乌素沙地不同沉积序列的研究表明:(1)毛乌素沙地东南缘的沙漠/黄土边界带DLT、NB剖面粒度及Rb/Sr比值可作为气候变化的代用指标。>63 μm砂含量增加,Rb/Sr比值降低,揭示东亚冬季风增强,风成砂堆积,风沙活动加剧,气候干冷;反之,东亚夏季风增强,降水增多,风化成壤程度加大,气候暖湿。(2)毛乌素沙地东南缘沙漠/黄土边界带及低洼沟谷区年代概率密度函数的分析显示,全新世早期~8\^5 ka BP风成砂堆积,风沙活动加剧,气候表现为干冷;全新世中期8\^5 ka~3\^0 ka BP地势较高处古土壤广泛发育,地势低洼处发育湖沼相/泥炭层,但在6.0 ka BP左右存在气候转冷过程;全新世晚期3\^0 ka BP以来气候波动频繁。(3)毛乌素沙地气候变化与北大西洋冰筏冷事件、董哥洞石笋、季风边缘区湖泊、东部沙地等记录具有可对比性和相对一致性,反映出全新世千年和百年尺度上的气候变化主要受全球变化的影响,这对预测和模拟未来气候变化具有借鉴意义。     

黄河源玛曲段全新世风成黄土-古土壤序列风化成壤特征以及古气候演变

通过对青藏高原东北部黄河源开展广泛细致的野外考察,选择位于玛曲段黄河左岸第二级河流阶地（T2）之上,赋存典型风成黄土-古土壤序列的达尔琼东（DEQ-E）剖面进行系统采样。在室内对采集样品进行了磁化率、烧失量、吸湿水、粒度、土壤微形态、地球化学元素和光释光（OSL）测年等综合分析,结论表明：(1)黄河源玛曲段DEQ-E剖面地层序列由上至下依次为现代草甸土层（MS）-全新世中期古土壤层（S0）-全新世早期过渡性黄土层（Lt）-阶地漫滩相沉积层（T2-al）;(2)黄河源玛曲段DEQ-E剖面风成黄土-古土壤序列风化成壤强度呈现出全新世中期古土壤层（S0）>全新世早期过渡性黄土层（Lt）>现代草甸土层（MS）的变化特征;(3)黄河源全新世的古气候演变可分为3个阶段：全新世早期（11000 a BP—9000 a BP）,西风势力减弱,东亚夏季风逐步增强,气温趋于变暖,降水有所增加;全新世中期（9000 a BP—3100 a BP）,东亚夏季风作用强盛,气候整体温暖湿润;全新世晚期（3100 a BP以来）,东亚夏季风衰退,西风势力有所增强,导致气候转向干冷。该研究成果有助于理解青...     

关于黄土碳酸盐与气候环境关系探讨

黄土中碳酸盐与气候环境密切相关。从碳酸盐的成因看，干冷的气候利于原生碳酸盐的保存，而温湿的气候使大量的次生碳酸盐产生。碳酸盐的存在形式与降水量多少有关，降水量大可形成结核层和钙板等，而降水量小则形成各种胶膜。胶膜中各种不同形态的方解石胶膜又可反映不同的气候条件。黄土一古土壤中形成的碳酸盐实际上在古土壤期形成的碳酸盐要高于黄土期形成的，只是由于古土壤期强烈的风化淋溶作用，大量的碳酸盐从古土壤中淀积到下伏的黄土层中。黄土中CaCO3的淀积可分为连续淀积和不连续淀积两类。依据淀积深度和降水量的关系，可建立二者定量的关系。从黄土碳酸盐的不同方面，得到其与气候环境关系较为全面的认识。     

微量元素记录的化学风化和气候变化：以巴丹吉林沙漠查格勒布鲁剖面为例

查格勒布鲁剖面包含7种类型的沉积相，地层中微量元素的总质量分数大致按照“风成砂→湖相层→黄土→古土壤”的顺序递增。多数微量元素的质量分数在剖面中的演化趋势与沉积物的中值粒烃和硅酸系数的大小呈负相关。与洛川剖面的马兰黄土相比，查格勒布鲁剖面上更新统地层处于相对微弱的化学风化环境，表明，晚更新世期间，巴丹吉林沙漠一带的干湿变化取决于东亚夏季风的盛衰，西风气流带来的降水到达不了巴丹吉林沙漠附近地区。