JYZ11A钻孔记录的居延泽演化历史

我国内陆干旱区在末次冰期(含深海氧同位素第3阶段)是否存在古大湖近年来持续存在争论.居延泽是黑河的尾闾湖之一,位于我国典型干旱区,是开展这项研究的理想区域.依据居延泽盆地最低处的JYZ11A钻孔(全孔长61.13m,本文侧重上部27m岩芯),使用石英光释光测年获得3个可靠释光年龄并据此建立年代框架.全孔10cm间距测量沉积物粒度,钻孔上部16.7m以2cm间距测量低频磁化率,本文侧重分析JYZ11A钻孔上部10m的指标记录.综合岩性地层、沉积物粒度分布特征和粒度、磁化率指标记录,并与前人已有研究进行对比,本研究发现末次冰期时居延泽盆地主要堆积棕色冲洪积物和风沙沉积物,早全新世为风沙沉积,中全新世出现浅灰色湖相沉积与风沙交替沉积,而稳定湖泊只在约3ka时才逐渐形成,可能存在多次湖面波动并留下古湖岸堤.因此,居延泽盆地在末次冰期包括深海氧同位素第3阶段晚期并不存在稳定大湖.居延泽早全新世干涸、中晚全新世湖泊较稳定发育的全新世成湖模式与季风区湖泊演化模式明显不同,而与许多中亚干旱区的湖泊、风成沉积等古环境记录相似,它们可能共同指示了一种有别于中国季风区的全新世区域湿度演化模式.     

黄河源风沙沉积及意义

考察发现黄河源发育有广泛的现代、古代风沙沉积和沙漠化草地。地貌、沉积和年代学的分析表明,这些沙丘都是就地形成的半成熟沙丘,粒度粗,分选中等,形成于四个主要时期,即倒数第二次冰期末、末次冰期最盛期,全新世寒冷时期和现代,为青藏高原及邻区黄土提供了丰富的粉尘。     

黄土粉尘搬运过程的动力学物理模型

通过对黄土粉尘重力沉降过程的动力学分析,给出了黄土粉尘粒度分布的数学表达,讨论了粉尘沉积通量随搬运距离、粒径变化的物理过程,首次确定了估算粉尘搬运距离和风力强度的计算方法,为区分粉尘搬运距离和风力强度对粒度的影响及其它们在冰期间冰期中的差异提供了物理学的判别依据。分析结果表明： 1)在重力沉降作用下,粉尘沉降通量随搬运距离的变化服从几何分布,具有沉降通量随搬运距离的增加迅速减小,越粗的粉尘颗粒其沉降通量初值越大,同时下降速度也越迅速的特点; 2)如果用携粉尘气流的水平通量作代表风力强度,则粉尘搬运距离与粒度分布曲线上重力沉降部分最高点的粉尘沉降通量成反比,风力强度与该点对应粒径的平方和粉尘搬运距离成正比。因此,根据该点的粉尘沉降通量和对应粒径,可以估算粉尘的搬运距离和风力强度。根据上述理论对渭南阳郭中学S0～L1黄土－古土壤剖面进行了粉尘搬运距离和风力强度的估算： 首先,从粒度分布中提取出3个对数正态分布的独立组份; 然后利用粗粒组份的参数计算粉尘搬运距离和风力强度。分析结果表明粉尘搬运距离具有冰期近、间冰期远的特点,风力强度的变化则具有冰期弱、间冰期强的特点,LGM时段的风力强度比MIS 3阶段大,但小于全新世适宜期,而LGM时期粉尘搬运距离并未明显减小,因此,可能黄土粒度的变化并非反映了冬季风的变化,而是反映了夏季风的变化,夏季风是通过影响粉尘源区来影响粉尘粒度的变化。     

滹沱河中游河道带150 ka以来沉积环境演化及其对气候变化的响应

古河道记载了地质历史时期区域水系结构和沉积环境的演变信息,对复原古环境、水系变迁规律等具有重要理论意义。依托滹沱河冲洪积扇扇中古河道带上的一个第四纪钻孔（L2）,基于详细的岩性特征、粒度参数和光释光年龄数据,文章深入分析了古河道发育的期次和时段,探讨了滹沱河中游古河道带150 ka以来的沉积环境演变过程及其对气候变化的响应。结果表明：研究区150 ka以来的沉积环境演化主要表现为三期古河道发育期与两期河流稳定期的交替,与深海氧同位素阶段及其指示的气候冷暖变化有很好的对应关系。其中三期古河道发育期分别对应于深海氧同位素第2、4、6阶段及其指示的气候冷期,两期河流稳定期对应于深海氧同位素第3、5阶段及其指示的气候暖期。第三期古河道（118~151 ka）是由距今150 ka的共和运动引起的构造抬升与倒数第二次冰期冷干气候的共同作用形成;第二期古河道（36~76 ka）是区域间歇性构造抬升与气候变化共同作用的结果;而第一期古河道（5~26 ka）则是末次盛冰期气候变化的产物。     

末次冰期以来松嫩盆地东部榆树黄土堆积及其环境意义

通过对松嫩盆地东部末次冰期以来榆树黄土剖面的粒度、磁化率等指标分析研究后认为:(1)该地区的黄土至少于4万年前的末次冰期开始沉积,沉积物类型为黄土与河流沙混合沉积,粒度可有4个组分,其中46kaB.P.以前主要是以第④组分为主导的水成河流沙,46kaB.P.以后主要以第③组分为主的黄土粉尘。(2)松嫩盆地东部的黄土粉尘主要来源于科尔沁、松嫩等西北广大沙地,末次冰期是科尔沁等沙地大规模发育的时期。(3)东北地区全新世气候演化可分成5个阶段:10000aB.P.左右,9000aB.P.左右,6000aB.P.前后,4500aB.P.左右,2500aB.P.以后。     

苏北盆地末次间冰期以来的气候变化记录

通过对苏北盆地 XH1 钻孔上部 25 m 沉积岩心的研究,重建了苏北盆地末次问冰期以来的气侯环境变化.根据对苏北盆地 XH1 钻孔岩心地层年代、质量磁化率、孢粉的研究,可以较为清晰地划分出末次间冰期--深海氧同位素 5 阶段(25.0～16.5 m)、末次冰期早冰阶--深海氧同位素 4 阶段(16.5～12.5 m)、末次冰期间冰阶--深海氧同位素 3 阶段(12.5～9.5m)、末次冰期冰盛期--深海氧同位素 2 阶段(9.5～5.8 m)、冰后期--深海氧同位素 1 阶段(5.8～0 m).XH1 钻孔记录与深海沉积物氧同位素和古里雅冰心氧同位素的对比研究表明,它们之间有着较好的一致性,但苏北盆地 XH1 钻孔记录与我国西部古里雅冰心记录更为相似,这可能揭示了气候环境变化在全球背景下的区域性特征.     

哈尔滨尘暴天气沉降物的物质组成及其对物源的限制

本文对哈尔滨尘暴事件（2011年5月11日）的干沉降和湿沉降粉尘进行了粒度、REE和Sr-Nd同位素组成分析。同时,为了限制尘暴粉尘的源区,还对东北沙地（科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地）进行了表土采样。结果显示,干沉降粉尘呈双峰态粒度分布,众数值分别为3.6 μm和28 μm,而湿沉降呈单峰态粒度分布,众数值为6 μm。哈尔滨尘暴事件粉尘的粒度分布模式可与黄土高原黄土、红黏土及世界上其他地区的长距离搬运粉尘相对比。这些尘暴粉尘来自遥远的源区。干沉降和湿沉降粉尘表现出相同的REE模式和Sr-Nd同位素组成,它们来自科尔沁沙地和浑善达克沙地。现代尘暴事件的干沉降与湿沉降粉尘相同的物质来源暗示了黄土高原黄土的细颗粒和粗颗粒组分有相同的风尘源区。     

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。     

亚洲粉尘的源区分布、释放、输送、沉降与黄土堆积

根据亚洲粉尘关键区域(中国沙漠、黄土高原、青藏高原和中国历史降尘区)大气气溶胶中15～28种元素的浓度-粒度分布、沉降速率和通量分析,以及元素示踪系统的进一步解析,发现中国北方沙漠存在两个粉尘地-气交换较活跃区域,即中国西部沙漠和北部沙漠高粉尘区,且证明这两个区域及其邻区是亚洲粉尘和黄土高原黄土主要源区的中心区域;通过对5个亚太区域粉尘沉降量的模式估算,得出亚洲粉尘释放总量每年约为800Tg,约相当于全球沙漠排放总量的一半;粉尘与黄土的对比表明,亚洲粉尘区域尺度输送受季风环流控制,但间冰期时并不取决于尘暴过程,而全球尺度输送主要由高空西风完成,无论冰期、间冰期均受尘暴过程控制;粉尘通量的结果表明干沉降是粉尘在黄土区沉降的主要过程,且晚第四纪粉尘沉积的再改造份额不超过其沉积总量的10%;元素示踪系统应用于风成黄土,发现在间冰期北部沙漠源区输出的粉尘量增加,而在冰期西部源区输出的粉尘量增加.这种晚第四纪亚洲粉尘“源区摆动”的快速变化其实是全球千年尺度气候变化的一环,并可视为过去北半球大气环流长期变化的代用序列.     

萨拉乌苏组地层年代学研究

我国北方地区晚更新世河湖相标准地层——萨拉乌苏组地层的年代学研究,有助于正确理解萨拉乌苏组与马兰黄土以及与冰期气候对比等关系。笔者近年来根据野外层位对比和地层沉积相的划分,采用同位素年代测定,并结合黄土-古土壤序列研究的最新成果,初步建立了可以与黄土、深海沉积记录和冰期气候波动对比的萨拉乌苏组地层序列。认为河湖相沉积的萨拉乌苏组形成于约140-70kaBP的末次间冰期,大致与深海氧同位素第5阶段对应,与黄土高原古土壤S₁发育同期。城川组风成细砂形成于约70-10kaBP的末次冰期,与黄土高原的马兰黄土是同期异相地质体.      

全新世时期北京-张家口地区与黄土高原地区风成系统的差异

近年来,中国北方的沙尘暴对北京地区的影响越来越受到人们的重视,从地质记录上分析研究北京—张家口地区沙尘暴的粉尘来源对确定重点治理区、改善北京地区的大气环境质量具有积极意义。黄土是地质时期沙尘暴形成的风成沉积物,其粒径分布蕴含了粉尘搬运过程中的大气环境信息,本文利用黄土-古土壤沉积的粒径分布特征,分析了北京—张家口地区和黄土高原地区风成系统的差异,并根据粉尘动力学原理,结合遥感信息揭示的地面风蚀痕迹,探讨了北京—张家口地区黄土粉尘的主要来源,指出北京—张家口地区和黄土高原地区分属不同的风成系统,有不同的粉尘源区和不同的大气动力条件。北京—张家口地区大气动力强度大,粉尘源区近,粉尘主要来自阴山以北的内蒙古苏尼特右旗—二连浩特方向,与浑善达克沙地关系不大,也与黄土高原地区主要粉尘物源区不同     

粒度端元模型在新疆黄土粉尘来源与古气候研究中的初步应用

基于新疆伊犁盆地肖尔布拉克黄土剖面粒度数据,以贝叶斯粒度端元模型法为主,粒级标准偏差法为辅探寻对气候变化响应敏感的粒级组分及其对粉尘来源示踪和古气候重建的意义。研究结果表明粒度端元组分EM1（众数粒径:21.22 μm）代表大气粉尘中较为稳定的背景值,其含量的变化与高空西风环流强度有关。EM2（75.29 μm）主要代表了近源河流沉积物的悬移搬运组分,可视为较敏感的古气候指标。EM3（47.5 μm）也代表了近距离的悬移搬运组分,可能主要由较粗颗粒对地表的碰撞磨蚀作用而产生。EM2记录了深海氧同位素2阶段（MIS2）以来的北大西洋气候波动事件,如Heinrich事件、YD事件等。贝叶斯粒度端元模型能够区分不同的沉积动力过程,在新疆黄土古气候研究中具有广泛的应用前景。     

末次冰消期以来兰州地区冬季风变化研究

研究发现,本次冰消期以来兰州地区大气风力发生了显著变化,全新世早中期大气风力最弱,随后大气风力回返到接近冰期的状况,约1300aB．P．开始大气风力再次减弱,现代是大气风力又一次增强时期;近地面风向有由西北向东北变化的趋势,是大气环流位置变化的结果。在总的变化背景下,大气风力具有约1500a的准周期。我们认为,间冰期季风中国的短尺度气候变化与冰期有差异,前者与低纬度地区联系更密切。     

末次间冰期以来源自中亚的粉尘记录的对比

中亚干旱区是全球重要的粉尘源区, 粉尘经过不同的大气环流系统的搬运和具体的沉积条件, 在其传输路径上沉积于不同的介质中, 如冰芯、黄土、湖泊和深海. 在前人所做工作的基础上, 以古里雅冰芯、宝鸡黄土剖面、琵琶湖风尘沉积、北太平洋风尘沉积和格陵兰冰芯等记录进行对比, 初步讨论近130 ka BP以来上述记录所反映的中亚粉尘的产生、搬运和沉积. 这些记录既表现出一致性, 也存在某些差异, 显示了搬运过程、沉积过程以及区域性因素对粉尘记录的影响.     

渤海西缘YRD-1101孔晚更新世以来沉积物粒度特征及其环境变迁

对现代黄河三角洲地区YRD-1101孔上部岩心开展粒度分析,并结合AMS14C和光释光(OSL)年代学测试结果、沉积特征、微体古生物鉴定及周边钻孔对比,建立了MIS5期以来的地层框架,揭示出该地区主要经历了3个阶段的沉积环境演化过程:(1)晚更新世—早全新世河流与海相交替沉积,其中MIS5c阶段海侵水动力环境中等,MIS3期海侵水动力环境较弱,MIS2期河流沉积水动力较强;(2)全新世滨、浅海沉积环境,动力环境整体较强,相对比较稳定;(3)1855年至今形成的黄河三角洲沉积,水动力强度较弱到中等。海平面变化和构造沉降是影响研究区晚更新世以来沉积演化的主要因素,此外,黄河带来的大量泥沙对海侵强度也有显著影响。     

西太平洋深海沉积物记录的～80ka以来风尘物质输入与东亚冬季风强度

大洋沉积物中的风尘记录良好地揭示了风尘源区干旱化过程和季风强度变化。以位于西太平洋采薇海山附近的柱状沉积物(MABC19孔)为研究对象,在基于地磁场相对古强度对比获取年代框架的基础上,从沉积物粒度组分和磁学参数中提取研究区~80ka以来风尘物质的记录。沉积物高矫顽力磁性矿物参数结果指示,研究区风尘输入量自~80ka以来总体呈逐渐增加趋势,在MIS3/MIS2转换阶段风尘输入量增加明显,揭示了风尘源区古气候条件的转变。通过碎屑沉积物粒径—标准偏差方法提取代表风尘输入的敏感组分,其平均粒径记录了东亚冬季风强度在MIS3/MIS2转换阶段显著增大,该记录与黄土地区风尘记录指示的东亚冬季风强度变化在MIS3阶段高度一致,在其余时段存在着差异,初步推测这是由于高空风尘输送机制的海、陆差异所致。     

Coal-derived rates of atmospheric dust deposition during the Jurassic-Cretaceous greenhouse periods

The study of dust deposition records in geological history is of great significance to the study of paleoclimate evolution during deep periods. Because dust can directly influence the biochemical processes and climate evolution of the Earth. However, the absence of quantitative data on dust limits the systematic and comprehensive study of paleoclimate evolution during deep periods. Prior to the Quaternary period, most quantitative studies on atmospheric dust have focused on the Permian era. However, in the entire Mesozoic era, there are still no quantitative data available on atmospheric dust deposition rates. We utilized the average concentration of inorganic matter in coal from the Jurassic and Cretaceous periods to depict the dust concentration and corresponding dust deposition rate in the atmospheric system during these periods. We also conducted a correlation analysis using the distribution of arid source areas. The results show that the values of ash concentration and dust deposition rates are higher near the arid provenance and lower far away from it. Furthermore, in this study, we have compared the latitudinal variation gradient of dust deposition rates under the icehouse and greenhouse climates by using the end of the Permian and Quaternary as representatives of icehouse climate and the Jurassic and Cretaceous periods as representatives of the greenhouse climate. Our findings indicate that there is a higher ash concentration, dust deposition rate, and dust deposition rate variation gradient in the air under the icehouse climate, while there is a lower ash concentration, dust deposition rate, and dust deposition rate gradient in the air under the greenhouse climate. We have also discussed the dust sources during the Mesozoic period, as well as the differences in ash data under greenhouse and icehouse conditions. This provides a strong basis for studying the atmospheric environment after the modern climate entered the ice age.     

Dust transport and the question of desert loess formation

Although contemporary dust storms are frequent in arid and semi-arid areas, desert loess deposits are poorly developed. Much of the World's loess occurs in mid-latitude areas which experienced glaciation during the Pleistocene. Ocean core evidence indicates that dust transport from sub-tropical deserts increased during cold stages of the Pleistocene, but loess formed only on certain desert margins, for reasons which have not been fully explained. This paper re-examines the mechanisms of dust transport and deposition, and the circumstances leading to the accumulation of thick loess. Typical loess is composed mainly of medium silt grains which are transported in short-term suspension a few metres above the ground. Significant thicknesses of loess form only when dust is trapped within a limited area, often relatively close to the source. Dust particles finer than 20 μm are transported mainly in long-term suspension over a greater height range and may be widely dispersed. The availability of silt and the frequency, magnitude and direction of dust-transporting winds are important factors governing the potential for loess formation, but the existence of a suitable dust trap is particularly important. Traps may be formed by topographic obstacles, areas of moist ground, or vegetated surfaces. Vegetation adjacent to glacial outwash plains and braided meltwater streams trapped dust in mid-latitudes during the Pleistocene. Dust blown during glacial periods from certain deserts, notably in Sinai, Soviet Central Asia and China, accumulated as loess in neighbouring semi-arid regions. On the margins of other deserts loess formation was inhibited partly by the absence of vegetation traps. During most of the Holocene net dust deposition rates in all desert-marginal areas have been too low for significant loess accumulation. This is mainly due to a reduction in silt availability and a tendency towards landscape stability. Reported dust storm frequencies during the past 50 years over-estimate the longer-term Holocene dust flux due to the effects of human activities. Much modern dust owes its origin to erosion of cultivated soils in semi-arid areas and is finer than typical loess.     

The processes and mechanisms of severe sandstorm development in the eastern Hexi Corridor China,during the Last Glacial period

Dust transported by sandstorms has been an important feedback in climate change in the past, and its environmental effects are predicted to have a great impact on future global climatic change. Investigating the grain-size classes and the standard deviations of the modern sandstorm samples, and the samples in the Shagou section (situated in the eastern Hexi Corridor), lead us to suggest that the sand fraction within the range of 275.4–550 μm in this section can be used as a sensitive indicator of severe sandstorms. We selected the size range in the L1 stratum of the Shagou loess section as indicative of temporal changes in sandstorm intensity in the eastern Hexi Corridor and found that during the Last Glacial period, severe sandstorms in the eastern Hexi Corridor occurred with high frequency during these periods: I (70–54 ka B.P.), II (51–48 ka B.P.), III (45–42 ka B.P.), IV (38–33 ka B.P.), V (31–28 ka B.P.) and VI (26–12 ka B.P.) In general, the frequency and intensity of dust storms in the early (MIS 4) and late (MIS 2) periods were both high but they were reduced in the middle period (MIS 3). The primary factors controlling severe sandstorms are hydrology and wind power, followed by the expansion of the source extent. Reduced precipitation caused the source region of sandstorms to expand; in addition, wind speeds also increased at this time. These factors may have directly contributed to the abundance of severe sandstorms. Based on the grain size from a loess section (the Shagou section) in the eastern Hexi Corridor, we propose an evolutionary sequence of the severe sandstorms during the Last Glacial period. This sequence is consistent with the dust records in the Arctic, the Antarctic and low-latitude (the central equatorial Pacific) areas. Thus globally synchronous periods of high dust activity occurred in the Last Glacial period. The strong winds proposed here provide a potential explanation for the global consistency of dust flux changes during the Last Glacial period.