第四纪气候变化机制研究的进展与问题

自从20世纪50年代海洋沉积氧同位素记录被揭示以来,经典的陆地4次冰期理论被新的认识所取代,人们发现第四纪以来冰期—间冰期旋回远远不止4次,并且从深海沉积和陆地黄土获取的古气候变化记录与地球轨道参数变化可以对比,为揭示第四纪古气候变化机制构建了明确的框架。近年来有关末次冰期不稳定气候事件的揭示也为深入认识古气候变化特征提供了新的证据。然而冰期—间冰期旋回机制、南北半球在冰期—间冰期循环过程中的耦合机制以及气候不稳定事件发生机制仍然是困扰古气候研究者的重大问题。     

南海更新世以来Botryocyrtis scutum(放射虫)的丰度变化及其地层和古海洋学意义

试图通过南海更新世以来3个柱状样中Botryocyrtis scutum (放射虫) 的研究, 探讨其地层和古海洋学意义. 根据南海更新世以来3个柱状样中Botryocyrtis scutum的丰度变化与氧同位素记录的对比研究发现, 氧同位素18期以来Botryocyrtis scutum丰度变化与氧同位素记录有较好的对应关系, 其丰度变化随冰期与间冰期旋回而波动.冰期丰度降低, 间冰期丰度增加.其丰度变化基本上与氧同位素记录一样, 反映了冰期与间冰期旋回, 并且可以作为地层划分和对比的工具.      

中国北方末次主气候旋回气温曲线的初步恢复

海洋沉积物氧同位素研究表明,气候变化具有波动性。这种波动具有两大特点:1)等频性;2)不对称性。所谓等频性,主要指大约10万年为周期的旋回;所谓不对称性,是指在每一个旋回内早期为高温的间冰期,然后波动式的缓慢降温,到未期达到冰期的最低温度,最后急骤升温而进入另一旋回。这些旋回中最近的一个称为“末次主气候旋     

220ka BP来萨拉乌苏河流域地质剖面地球化学特征及其对全球气候变化的响应

萨拉乌苏河流域位于我国北方沙漠/黄土过渡带和生态脆弱带,它对全球气候变化反映非常敏感,是研究全球气候变化响应的理想区域.对该区域滴哨沟湾剖面地球化学元素氧化物及其比值变化进行了分析,结果表明:约220 ka BP以来我国北方气候变化极不稳定,存在着不同时间尺度的频繁变化,这种不稳定性无论是在冰期还是间冰期都有很好的反映.其中倒数第二次间冰期存在3次气候波动;倒数第二次冰期存在7个气候旋回;末次间冰期存在7个气候旋回;末次冰期存在9个气候旋回.这些气候变化与深海氧同位素、极地冰芯反映的全球变化具有良好的对应关系,反映了该区气候变化与全球变化的高度一致性.     

末次冰期以来南海北部下陆坡区沉积有机质地球化学特征及其意义

选取南海北部下陆坡-深海平原过渡带典型沉积柱状样,通过对其沉积有机质的整体有机地球化学特征进行表征,探讨了南海下陆坡-深海平原区沉积有机质在冰期/间冰期旋回中的赋存状态、来源变化以及与古气候环境之间的相应关系。结果表明,总有机碳（TOC）、总氮（TN）和有机质稳定碳同位素（δ13Corg）与冰期/间冰期旋回有明显的对应关系,冰期时对应高值,间冰期时对应低值;而有机质稳定氮同位素（δ15N）表现为全新世时其值偏低,末次冰消期其值偏高,与气候旋回没有相关性; C/N值和δ13Corg值都表明南海北部下陆坡沉积有机质来源是陆相和海相的混源,且在末次冰期/间冰期尺度上主要以海相来源为主。     

黄土沉积中红光/反射光亮度值变化及古气候意义

第四纪黄上沉积的一个最直观的野外现象是黄色的黄土层与红色的古土壤层相间排列,在我国黄土高原,完整的黄土沉积具数十层古土壤。大量研究表明,黄土层堆积于干冷的冰期,古土壤则堆积于温湿的间冰期。冰期一间冰期旋回过程中,大气温度可随之作大幅度的波动。而土壤学...     

黄土沉积中红光／反射光亮度值变化及古气候意义

第四纪黄上沉积的一个最直观的野外现象是黄色的黄土层与红色的古土壤层相间排列,在我国黄土高原,完整的黄土沉积具数十层古土壤。大量研究表明,黄土层堆积于干冷的冰期,古土壤则堆积于温湿的间冰期。冰期一间冰期旋回过程中,大气温度可随之作大幅度的波动。而土壤学...     

兰州黄土150ka以来的植硅石与古气候初步研究

随着全球气候变化对人类生活影响的加剧,气候变化成为科学研究的新热点．而１５０ｋａ以来的末次冰期和末次间冰期是距今最近的一个完整的冰期旋回,提高对这段时期古气候的研究程度将对未来全球气候变化的预测起指导作用．图１兰州花庄黄土磁化率与植硅石总量变化曲线Ｆ...     

末次间冰期以来地球气候系统的突变

地球气候系统的突然变化是近年来地学研究的热点。取自极地冰芯、海洋沉积物和陆地的古气候记录表明,末次间冰期以来全球经历了一系列数百年—千年时间尺度的气候突变事件,证明了在末次冰期—间冰期旋回大尺度气候变化背景下,全球气候存在较大不稳定性这一基本事实。尽管末次间冰期以来这些数百年—千年时间尺度气候突变事件的成因和影响范围还存在明显的不确定性,但已从诸如末次间冰期(MIS 5e)中期的干冷事件、末次冰期的Dansgaard-Oeschger旋回、Heinrich事件和Younger Dryas事件以及发生在全新世冰后期的一些降温事件的研究中,获得对过去130 ka来气候变化过程总体上的认识和理解。综述了近年来的主要研究成果,介绍了有关末次间冰期以来全球气候突变事件发生的时间、过程和机制等最新的研究进展。     

波兰北部Vistula下游地区Vistula冰川沉积地层学及其相应的热释光年代

结合热释光测年的结果,对Vistula下游地区Vistula沉积地层学和沉积岩石学的近期研究为Drozdowski早期提出的Vistula冰川层序年代地层学划分的三分法提供了证据。出冰碛物与冰碛间的水成沉积物所提供的所有热释光年代都与两个主要的亚冰期有关,按照沉积岩石学的分析,这两个亚冰期似乎代表下列两个独立的冰川旋回:较老的一个距今约59000～51000年;较新的一个距今约17000～15000年。两者间的一段时间命名为Grudziadz间冰期,它是相当冷的。这一间冰期的证据除冰川沉积间断外,还有在早期的冰消作用期间冰下河流切割沟槽的一些充填物,黄土状粉砂,化石砂楔和海侵的海相沉积。后者出现在这一地区北部的局部地区。     

洞穴石笋沉积旋回主要特征的古气候环境研究

通过对我国南方大型石笋组分、结构构造的观测和董哥洞10号(D10)石笋210件碳、氧同位素组成、20个U系测年数据,以及部分微(痕)量元素的分析对比,概述了石笋沉积旋回性特征、旋回界面类型和相关的气候、环境、地质意义.以组成D10石笋的碳酸盐含碳质、黏土矿物,呈黑灰、灰黄、灰白、灰等色泽匹配、纹层厚及组合、层面呈拱形或平直分别组合或转变、构造类型、碳氧同位素组成及其组合,呈协调平行、不协调同向、不协调反向变化三类型若干亚类等,旋回性特征,确定了19个沉积旋回.根据δ13C平均值为-3.91 ‰PDB、δ18O为-6.97 ‰PDB分别为冷暖气候演变的临界(阀)值,δ13C或δ18O＞临界值者的偏重是冷,＜临界值的偏轻是热.以δ13C、δ18O组成(表1)和组合变化类型和上述旋回性特征,结合层面构造呈渐变过渡或突变,以及20个同位素年龄数据,初步认定荔波地区352 930～99 410年间沉积的19旋回,是一个较完整的冰期气候演化过程,属我国第四纪冰期系列的第五冰期,10旋回顶180 695年(推算)～15旋回顶129 890年,约5万多年是连续严寒的盛冰期,①、16分别可能是冰期早、晚时段相对温暖的间冰期.期间冷暖变化有5万年级的、10万年级的气候旋回.论证了荔波地区35～10万年间是冰期气候环境,前期17万年寒冷的气候环境,期间35万年、25万年前后更严寒,但生态基本保持正常演变的面貌,中期5万多年为极寒冷的气候环境,生态向适应冷气候环境演化,晚期3万多年为冷暖频繁突(跃)变的恶劣气候,期间生态面貌复杂,正常演替与残存、突变演替并存.     

冰芯记录中末次间冰期-冰期旋回气候突变事件的研究进展

冰芯记录中的气候变化是古气候研究中的重要组成部分. 极地、中低纬度和热带地区的冰芯记录表明, 在冰期间冰期旋回大尺度气候变化背景下, 全球经历了一系列数百年至千年时间尺度的快速气候突变事件, 诸如末次间冰期的干冷事件、末次冰期的DansgaardOeschger事件、 Heinrich事件和Younger Dryas事件等, 虽然这些穿插在冰阶中的暖湿气候事件、间冰阶中的干冷气候事件的成因、机制和影响范围还存在明显的不确定性. 主要介绍不同区域冰芯记录中末次间冰期冰期旋回这些气候突变事件发生的时间、过程和机制等的研究进展.     

中国东部季风区与西北干旱区 降水变化的石笋记录对比

中国东部季风区和西北干旱区分别受控于季风和西风环流,是全球变化响应的敏感区域.过去50年全球升温,西北干 旱区降水显著增加,而东部季风区的降水变化不明显.在未来全球继续变暖的情况下,两个地区降水将如何变化尚不清楚.利 用湖北神农架三宝洞和新疆特克斯科桑洞的石笋生长速率记录,考察它们对降水变化的响应,研究冰期-间冰期旋回中两地 的降水变化及其差异,为未来气候变暖下的中国降水模型预测提供一个验证实例.研究表明,500ka以来中国东部季风区和西 部干旱区降水呈现冰期-间冰期波动变化,气温偏高的间冰期降水量大.但是,中国西北干旱区降水的响应滞后于东部季风 区,指示两地降水对温度变化的响应可能并非完全同步.      

青海共和盆地早全新世古风向重建及其对黄土物源的指示

青藏高原东北部地处黄土与沙漠的过渡地区,在冰期-间冰期旋回中受中纬西风与东亚季风环流的交替控制,曾发生大范围的沙漠进退,是黄土高原重要的潜在物源区。恢复该区地质历史时期的大气环流格局可为重建东亚地区的环境面貌、探讨黄土高原的物源区、检验东亚地区古气候模拟结果的有效性等方面提供重要依据。但目前对高原东北部的古大气环流特征却鲜有研究。青藏高原东北部保存有一系列的古沙丘,可为古大气环流的重建提供直接依据。本文选取青海共和盆地一处代表性新月形古沙丘开展光释光测年研究,并通过其平面形态和前积层产状恢复了当时的古风向。结果表明:共和盆地的风沙活动自早全新世以来开始显著减弱,此时近地面盛行与现今风向一致的西北风。前人的研究揭示出青藏高原东北部在冰期时很可能盛行西风,并存在广泛的荒漠化,因而很可能是黄土高原冰期时重要的物源区之一。而本研究指示,该区的盛行风向在早全新世以来转变为西北风,且荒漠范围显著退缩,导致其全新世不再是黄土高原的物源区。青藏高原东北部的盛行风向和荒漠范围在冰期-间冰期旋回中的这种变化,为理解黄土高原的粉尘物源在空间和冰期-间冰期旋回上的变化提供了依据。     

我国东部晚第四纪气候演变

晚第四纪气候演变有3个主要阶段:最后间冰期、大理冰期和冰后期。最后间冰期分3个暖期和2个冰期,最高温高于现在4℃。大理冰期分3个副冰期和2个副间冰期,最低温低于现在8—13℃;但冰暖变幅7—8℃的气候旋回可达10个。冰后期气候变化分4个阶段,冷暖变幅仅5-6℃。气候变化全过程表明,未来气候趋向变冷,人为影响只能起减缓或促进作用,而不能转变总趋向。     

南海南部50万年以来碳酸钙和有机碳记录及其揭示的东亚夏季风演化

为了解南海南部第四纪冰期旋回中表层生产力的变化与东亚夏季风的演化关系,通过对南海南部MD05-2897孔晚第四纪500ka以来碳酸钙和有机碳含量及堆积速率高分辨率的研究发现,碳酸钙含量及堆积速率表现出明显的冰期-间冰期旋回变化,而有机碳的含量及堆积速率则主要呈现频率更高的周期性变化.碳酸钙和有机碳含量及堆积速率都在间冰期时增加,冰期时降低,反映了间冰期时夏季风的增强导致上升流的加强和营养物质的增加,促使表层生产力提高.碳酸钙和有机碳含量及堆积速率具有100ka偏心率周期、40ka斜率周期、20ka岁差和10ka半岁差周期等最为丰富的频谱,显示出低纬海区对轨道周期响应的特色.碳酸钙和有机碳的堆积速率与北半球低纬夏季日射量吻合较好,说明岁差相关的北半球低纬夏季太阳辐射量的变化可能是东亚夏季风强度变化的主要控制因素,而与全球冰量相关的气候变化可能是次要因素.      

石笋初始234 U/238 U值的冰量周期特征及其环境意义 ——以湖北三宝洞为例

石笋氧同位素记录具有明显的2万年周期,其他记录中广泛存在的10万年周期是否在石笋中有所表现目前还鲜有报道。通过对湖北三宝洞20支石笋的铀同位素数据的分析研究发现,石笋初始234U/238U值在序列连续性较好的640.3~299.6 ka B.P.时间段有强烈的10万年周期特征。在间冰期和冰期时,初始234U/238U值分别呈增大和减小状态。初始234U/238U值的10万年周期与全球冰量、黄土磁化率、黄土平均粒度和大气CO₂变化有良好的对应关系。这些对应关系表明全球冰量、大气CO₂对喀斯特区地球化学元素富集和迁移作用有重要影响。石笋氧同位素的显著岁差周期独立于石笋微量元素、高纬冰量和全球温室气体变化,暗示了太阳辐射变化对中低纬水汽环流的直接影响。石笋初始234U/238U与氧同位素、太阳辐射在冰消期时的对应变化支持北半球太阳辐射能量变化对冰期-间冰期旋回的调控作用。     

大洋环流型式转换在冰期旋回中的作用及经典第四纪冰期理论质疑(续)

大洋环流型式转换在冰期旋回中的作用及经典第四纪冰期理论质疑(续)汉景泰Ｗ．Ｓ．Ｆｙｆｅ(加拿大西安大略大学地质系)４问题及讨论大洋环流－气候学说认为从冰期到间冰期海洋－大气系统全球性巨型再组合导致了末次冰期的终止。     

250kaB.P.以来西太平洋暖池中心区——Ontong Java海台古生产力演化

多年平均表层水温超过28℃的"西太平洋暖池",是全球海平面高度的加热中心和大气三大环流的辐散中心。为评价西太平洋暖池中心区域海洋生物泵的演化特征、规律与机制,本文以位于热带西太平洋暖池核心区——Ontong Java海台的WP7柱状样为材料,通过提取浮游有孔虫^δ13C组成、底栖有孔虫群落和钙质超微化石下透光带属种Florisphaera profunda相对百分含量变化等指标,反演该区250kaB.P.以来的古生产力的演化历史。研究结果表明,250kaB.P.以来西太平洋暖池中心区的古生产力演化与地球轨道变化控制的冰期-间冰期旋回以及岁差控制的太阳辐照率密切相关。在冰期-间冰期尺度上,西太平洋暖池中心区距今250ka以来的生产力变化间冰期明显低于冰期,而且在间冰期阶段生产力相对稳定,冰期波动幅度较大。在冰期或间冰期背景下显著的岁差周期是该区古生产力演化的又一重要特征。而且在岁差波段生物生产力的变化可能领先极地冰体积变化2～4ka左右。热带东西太平洋的古生产力演化在冰期-间冰期变化和岁差尺度上存在ENSO式的变动机制,而且二者互相调谐,产生了似30ka和19ka周期,并出现了"半30ka周期"和半岁差周期。此外,WP7孔Neogloboqudrina dutertrei的^δ13C显示在MIS 1/2,MIS 3/4和MIS 5e/6的冰期向间冰期的过渡期的冰消期阶段存在变轻事件,可能与数千年尺度的大洋环流演化有关。     

地球气候变化的米兰科维奇理论研究进展

米兰科维奇理论是从全球尺度上研究日射量与地球气候之间关系的天文理论（以下简称为“米氏理论”）。该理论认为,地球轨道偏心率、黄赤交角及岁差等三要素变化引起的到达北半球中高纬度夏季日射量变化是造成冰期—间冰期旋回的根本原因。详细回顾了米氏理论的发展历程,并以南极东方站过去42万年大气和气候变化的历史资料为例,讨论了经典米氏理论中有待研究的若干问题。