陕西关中晚更新世黄土—古土壤序列特征及其记录的古环境变迁

陕西关中盆地的泾阳南塬和西安东郊席王晚更新世黄土剖面底部的Ｓ１古生境是由４层古土壤及与其相间的两层古土壤构成。这是目前发现的黄土高原晚更新世黄土，古土壤序列保存较好的剖面。两剖面的地层结构，磁化率曲线和地球化学组分反映出了１２个温湿，冷干气候变化阶段可以归纳为６个气候变化旋回。     

塬堡全新世黄土剖面有机质碳同位素的气候记录

对甘肃临夏塬堡全新世黄土剖面古土壤有机质碳同位素的分析表明,δ13C变化范围在-28.23‰～-25.19‰之间,平均值为-26.88‰.结合该剖面孢粉以及地层研究结果,观察到在温暖湿润气候期间,δ13C表现为高值,而在干燥寒冷期间,δ13C表现为低值,这较好地反映了该地区全新世气候演化的历史.结合其他研究,认为黄土高原地区全新世地表植被中草本植物C3和C4植物比例的变化是引起土壤有机质δ13C变化的直接原因,由于气候变化引起了地表植被类型的改变,古土壤中有机质δ13C发生了变化.对比塬堡剖面与西安、旬邑剖面土壤有机质的δ13C,观察到西安和旬邑两剖面的δ13C平均值要高于塬堡剖面约5‰左右,这是由于全新世期间两地气候的暖湿程度要高于临夏地区,地表植被中喜暖湿气候的C4植物比例较高,导致土壤有机质δ13C增大.因此δ13C是研究古气候变化的一个较好的手段.     

西安附近黄士孔隙特征

孔隙是黄土体内未被骨架颗粒和胶结物占据的空间。它的成因、形状、大小、多少及分布特征都直接影响着黄土的工程地质性质。关于它的研究确有不少论述,但主要是偏光镜下的定性描述。为了定量研究黄土孔隙的大小、分布特征及其所连通的相应孔隙体积的大小,笔者对西安东郊白鹿塬的刘家坡、水家咀及文家坡三处剖面不同时代的黄土孔隙作了压汞法测试,并在扫描电镜及偏光镜下进行了观察分析。     

陕西洛川L_1～S_4黄土-古土壤湿陷性及其成因研究

利用工程压缩实验方法,对陕西洛川坡头黄土剖面L_1黄土至S_4古土壤进行了湿陷性的测定。结果表明,2kg压力下L_1~S_4湿陷系数变化在0.002~0.091之间,S_2古土壤及其以上层位都具有湿陷性,湿陷性土层分布深度为20m。L_1和L_2黄土分别为强湿陷性和中等湿陷,湿陷系数分别为0.071和O.056;S_1古土壤上部和S_2古土壤分别为弱湿陷和中等湿陷,湿陷系数平均分别为0.018和O.031。3kg压力下L_4黄土及其以上层位都具有湿陷性,分布深度达到了28.6m。在L_4黄土和其之上的层位都具有不同程度的自重湿陷性。在洛川坡头剖面L_3黄土之下的土层已不具有湿陷性,表明导致黄土湿陷的不稳定的土壤结构性孔隙在该层黄土及其以下已经受到了重力作用的破坏。洛川剖面在0~20m左右深度范围黄土湿陷系数、孔隙度和饱和度在垂向上随黄土与古土壤的交替呈波动变化规律,黄土层的湿陷性比古土壤湿陷性强,经受成壤作用弱的s:古土壤比经受成壤强的s。古土壤湿陷强,这是当时的冰期与间冰期成壤作用强弱不同造成的,也表明第四纪气候变化是导致黄土剖面湿陷性强弱变化、饱和度及孔隙度变化的主要原因,同时表明第四纪气候变化理论研究成果在黄土工程性质、工程性质产生原因和垂向变化规律研究方面具有重要应用价值。孔隙度与湿陷系数之间呈指数函数正相关关系,饱和度与湿陷系数之间呈指数函数负相关关系。孔隙度与饱和度具有指示黄土湿陷性强弱的作用。     

西峰剖面碳酸盐含量的变化及其古气候恢复

在连续沉积的黄土-红粘土剖面中蕴藏中丰富的古气候变化的信息,中国的黄土沉积一直以来是重建古环境演化重要的信息库[1-5],对于古全球变化的研究的主要目的就是要定量化恢复过去古气候的演化信息,从而达到预测未来气候变化.     

长江三峡屈原镇土状堆积的成因及地质环境意义

三峡地区的第四纪土状堆积物的成因研究对地质灾害(滑坡等)、灾害事件(堵江等)、水土流失和气候变化等具有重要意义。位于兵书宝剑峡下游新滩大滑坡的东侧势大岭剖面发育了一套近5m厚的灰褐色亚黏土,是一处新发现的土状堆积物。本研究在野外剖面测量和观察的基础上,通过系统的粒度分析对其成因进行了研究。结果表明:势大岭剖面上部土状堆积物(剖面中第1层)主要由<50μm的颗粒组成;>50μm的砂粒级以上颗粒平均含量1314%;作为风尘 “基本粒组”的10~50μm的粗粉砂平均含量达50%,为众数粒组。粒度参数、频率曲线及粒度象(C- M、L- M、A- M图)等分析均显示为风积成因。势大岭剖面中、下部(剖面中第2和3层)属河流冲积成因,是由河床相与河漫滩相组成的二元结构。年代学研究及与前人河流阶地测年资料对比表明,势大岭剖面形成于中更新世末至晚更新世,上部的土状堆积物形成于距今110~60 ka。通过与长江流域同期风积物的对比,认为势大岭剖面上部的土状堆积物属于下蜀黄土,并为下蜀黄土的西部边界。位于西陵峡西段的兵书宝剑峡是下蜀黄土与具有北方黄土特征的巫山黄土的分界,鉴于两者的区别,推测兵书宝剑峡至少在晚更新世可能在地貌上具有区域气候环境划分的意义,对此应予以关注。     

青海西宁厚层黄土的发现及其意义

古地磁研究表明,西宁大墩岭黄土剖面是距今1.2Ma以来形成的,它记录有B/M界线,哈拉米洛事件(J)和黄土剖面中很少发现的布莱克事件(B_1)。西宁地区的黄土以其厚度大(达261m)、粒度粗、古土壤分层多、古土壤厚度在整个剖面所占比例小为其特点,表明西宁距离黄土的物源区近、气候干冷、粉尘堆积速度快,详细记录了距今1.2Ma年以来青藏高原环境变迁和气候变化信息。其中L_2、L_9、L_(15)是距今0.155、0.79,1.10 Ma三次最为干冷时期的产物,与青藏高原的三次最大规模冰期极盛时期相对应。     

甘肃庄浪全新世黄土土壤物源分析及古气候恢复重建

通过对六盘山西侧黄土地区进行详细的野外调查,在甘肃庄浪县城北水洛河第三级阶地平坦地面发现出露厚度3 m的全新世风成黄土古土壤剖面。确定以此为基础进行黄土古土壤物源分析及古气候恢复重建研究。在对该剖面土壤与沉积学宏观特征观察分析描述的基础上,从上向下,以每2 cm连续采样,共获得170个样品。在实验室进行理化指标分析和OSL测年、粒度成分端元分析和时间过程小波分析。结果表明,该剖面全新世黄土古土壤中可以识别出4个端元组分。它们分别代表了沉积物沉积后就地风化成壤改造作用、后期的淋溶淀积作用、西北冬季风和区域北风作用下的沙尘暴沉积作用。其中反应短尺度气候变化比较敏感的端元1组分在时间尺度上呈现出0.3 ka、0.7 ka、1.2ka、1.5 ka、1.8 ka以及2.4 ka的震荡周期。该研究结果对于推动量化分析六盘山西黄土高原全新世黄土古土壤物源和恢复重建该区域气候变化规律具有重要意义,也可为其他地区全新世气候变化过程恢复重建和区域对比提供参考材料。     

中国黄土中粘土矿物的古气候记录

中国黄土自早更新世便开始发育, 并且一直延续到全新世。我国北方的甘肃、陕西和山西都发育和保存有良好的黄土剖面, 它系由干冷气候环境下堆积的黄土和较温湿气候条件下发育的古土壤交替叠复而成, 堆积过程基本连续, 较完整地记录了黄土堆积以来的气候变化的历史。通过残留于地层中的生物遗迹来认识古气侯条件无疑是较有效的方法。     

中国黄土中的粘土矿物及其在地层剖面中的变化趋势-洛川和陇西黄土剖面的初步研究

黄土剖面系由相互叠复的黄土-古土壤层组成。黄土地层的研究结果表明,一个完整的黄土剖面包括有早更新世的午城黄土、中更新世的离石黄土上部和下部、晚更新世的马兰黄土,最近研究表明,在马兰黄土之上还有全新世黄土存在。     

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。     

中国黄土研究新进展 (二)古气候与全球变化

本文扼要介绍最近几年来在中国黄土高分辨率气候地层、第四纪古气候演化型式以及冷期和暖期中黄土高原古气候空间格局研究方面的一些新进展。根据土壤地层学与地球化学、地球物理学手段的结合,2.5 Ma来的中国黄土系列可划分出37个大的气候旋回,其中含74个气候阶段,这74个气候阶段又可细分为110个次级阶段。第四纪气候振荡的幅度受气候周期长短所控制。从冷期到暖期的气候转换具有突变性,从暖期到冷期的气候转换具有渐变性。冷期堆积的黄土与暖期形成的土壤在性状上都有地带性分布的特征。     

白令海北部陆坡100ka来的古海洋学记录及海冰的扩张历史

白令海北部陆坡B2-9柱状样中生源组分的研究显示, 自MIS5.3期以来表层生产力指标的粗组分和蛋白石含量呈阶梯状增加, 反映表层生产力阶段式的增长.全新世表层生产力达到最高, 并且MIS3.2~2期高, 比MIS5.3~3.3期最低.高有机碳含量对应于高C/N比值, 显示有机碳混合来源, 不能作为表层生产力的指标.MIS5.1, 3.3~3.2期和全新世高的有机碳含量和C/N比值反映间冰期陆源有机物质输入量的增加.MIS5.3期至中全新世, 不断增加的陆源砂级和粉砂级颗粒组分说明随着气候的逐渐变冷, 陆架海冰在不断扩张.伐冰碎屑和碳屑颗粒冰期、间冰段和末次冰消期升高, 而间冰期降低, 反映冰期白令海陆架海冰扩张和间冰期海冰消融的过程.冰期海冰扩张与北美大陆气候的相互关联, 揭示了晚第四纪冰期旋回中白令海海冰扩张及其对全球气候变化的响应.      

A 180 ka record of environmental change at Erdut (Croatia): a new chronology for the loess–palaeosol sequence and its implications for environmental interpretation

While there are numerous thick loess–palaeosol sequences preserved across the Carpathian Basin, well dated sites that provide terrestrial palaeoenvironmental records extending beyond last glacial–interglacial cycle are scarce. Robust chronologies are essential for correlations of loess with other long-term Quaternary records and to further understanding of the palaeoenvironment and climate of this important region beyond the last 125 ka. Here a new geochronology based on 13 post-infrared infrared stimulated luminescence ages focused on the lower part of the loess–palaeosol sequence at Erdut is presented. The results show that the lower part of the Erdut profile spans the penultimate glacial cycle (MIS 7 to MIS 5). The considerable sediments overlaying the investigated part of the profile suggest that this section spans two glacial cycles, rather than the previously suggested one. The most likely source of the discrepancy is the use of uncorrected infrared stimulated luminescence signal, which can cause age underestimation if not accounted for. This study demonstrates the need to revisit sites such as Erdut, re-date them using updated measurement protocols, and update existing palaeoenvironmental interpretations.     

近13万年来黄土高原干湿气候的时空变迁

第四纪时期，黄土高原粉尘物质的搬运、沉积及其后的成土过程受控于干湿气候的变化。对黄土高原这一特定地区而言，风成沉积序列在地域上的差异主要与东亚地区的季风环流在时间和空间上的变化有关。本文的研究揭示出，近１３万年里，最为显著的成壤期有６期，与这６个成壤期对应的时段也应当是夏季风环流加强、气候温湿的时期；在空间上，全新世适宜期及末次间冰期中与深海氧同位素阶段５ａ，５ｃ，５ｅ对应的时期，夏季风足可以深入到毛乌素沙漠腹地，并具有占优势的环境效应。在阶段３的早、晚期及５ｂ时期夏季风虽然也能深入沙漠－黄土边界带，但其环境效应在黄土高原北部及毛乌素沙漠南缘已不再显著。在阶段２、阶段４及阶段３的中期夏季风已不能深入沙漠－黄土边界带。     

五十万年来毛乌素沙漠的变迁

对沙漠-黄土边界带的古风成砂-黄土-古土壤序列的研究表明，毛乌素沙漠至少在0.5MaB.P.就已出现，但也并非从其出现之初就持续至今。沙漠-黄土边界带的风成沉积所记录的沙丘活化和固定的多次转变是第四纪时期毛乌素沙漠对气候振荡响应的结果。五十万年来，沙漠-黄土边界带的石峁剖面记录了13层古风成砂，代表了13次沙漠大规模的南侵。沙漠的南侵不仅可以发生在冰期鼎盛之时，同样也可以发生在间冰期中的寒冷气候幕出现之时。此外，鉴于沙漠-黄土边界带具有气候敏感性的特点，石峁剖面的地层记录还表明了第四纪时期不仅有冷期与暖期的多次旋回，而且冷期和暖期发生时还有次一级的气候波动。     

陆生蜗牛化石与中国黄土古环境研究

陆生软体动物蜗牛是黄土地层中重要的环境指标,在黄土地层成因和古环境与古气候研究方面具有独到的优势。文章总结了近10多年来中国黄土陆生蜗牛化石研究的成果,包括黄土蜗牛化石的研究方法、蜗牛典型种属及组合的地理分布与生态环境等,侧重介绍了黄土高原不同时间尺度的蜗牛记录及陆生蜗牛化石在黄土古环境和古气候研究中的新进展。     

中国第四纪冰期、地文期和黄土记录

中国第四纪冰川的发育受岩石圈运动造成的三大地貌阶梯的严格控制,主要出现在最高阶梯的青藏高原和西北山地,第二阶梯以下分布零星。把冰期、地文期和黄土记录结合起来研究会迅速提高中国第四纪冰川的研究水平。兰州附近有三次古冰川遗迹,分别可以和T₁、T₂、T₃和T₄相应。相当于氧同位素2、4、6和16阶段,即70,000—10,000aB.P.、0.15MaB.P.和0.6MaB.P.。     

最后4个冰期旋回中国黄土记录的东亚冬季风变化

开展高分辨率的黄土记录研究, 是揭示过去气候变迁和变率的主要途径.选择黄土高原中部的灵台和赵家川剖面, 对L5以上的黄土-古土壤序列进行了石英颗粒的提取和粒度分析.结果表明, 石英粗颗粒(> 43μm) 体积分数变化揭示了最后4个冰期旋回东亚冬季风存有的快速变化特征, 并同深海氧同位素记录具有良好的对应关系; 然而, 在每一个冰期时段, 石英粗颗粒体积分数的变化幅度和频率存有较大差异, 可能意味着对应的冰期下垫面状况和气候系统内部的非线性响应机制并不相同.值得注意的是由石英粗颗粒体积分数反映的东亚冬季风变化, 在某些时段不仅同磁化率记录的夏季风变化不协调, 而且同深海氧同位素记录存有明显差异.深入研究这种由不同代用指标反映的古气候变化间的差异, 对理解黄土记录的全球性意义显得尤为重要.      

Palaeoclimatic record in the loess–palaeosol sequence of the Strelitsa type section (Don glaciation area,Russia) deduced from rock magnetic and palynological data

Until now, palaeoclimatic reconstructions for the major stages in the development of the Quaternary loess–palaeosol sequence on the Russian Plain have been based on pedological, palynological and faunal (vertebrates and molluscs) analyses. In order to demonstrate the palaeoclimatic influence on the magnetic properties of this sequence, the magnetic susceptibility signature of the Strelitsa type section in the Upper Don basin is compared with a detailed landscape – climate reconstruction of loess and soil from palynological data. Large amplitude fluctuations of palaeoclimate and palaeoenvironment are reflected clearly in the lithology and in the rock magnetic properties, which usually are enhanced in wet and warm interglacial periods, but stay at low levels during cold glacial epochs. Palynological climate zonation, however, is sometimes in conflict with the pedologic–magnetic record. Strong climate fluctuations, as indicated by changing pollen assemblages, are not always paralleled by corresponding changes in lithology and/or rock magnetic properties. Alternatively, light coloured illuvial horizons with low magnetic signal sometimes appear to have formed during early stages of interglacials, and the top parts of some palaeosols apparently formed during glacial stages. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.