3Ma以来黄土高原朝那黄土-红粘土序列赤铁矿记录及其古气候意义

土壤和前期研究表明黄土-红粘土序列的赤铁矿含量与环境密切相关,对气候的干湿变化非常敏感,气候越湿热,赤铁矿含量越高。本文研究表明黄土-红粘土样品漫反射光谱一阶导数曲线在555~575nm间的峰面积作为赤铁矿指数可以客观有效地指示赤铁矿含量的高低。通过黄土高原朝那剖面红粘土-黄土序列的系统漫反射光谱分析,建立了3Ma以来黄土高原赤铁矿含量变化记录,揭示赤铁矿含量在约2.5Ma,1.5Ma,0.6Ma和0.15Ma显著阶段性减小,指示了黄土高原阶段性变冷干的演化历史。     

柴达木盆地SG-1孔1.0Ma以来碳酸盐同位素记录的亚洲内陆干旱化及成因

亚洲内陆干旱区是连接赤道和中高纬地区的过渡地带,也是西风气候和季风气候的相互作用区,其形成演化与青藏高原的隆起和全球变化等因素密切相关.因此,揭示其干旱化过程和趋势具有重大的理论和现实意义.文章对来自柴达木盆地察汗斯拉图干盐湖的深钻SG-1孔沉积物进行了初步的碳酸盐碳氧同位素测试与分析,结果清晰地指示了柴达木盆地自1.0Ma以来的持续干旱化及约0.6Ma以来的加速干旱化过程,我们认为1.0Ma以来的持续干旱化可能是全球气候变化和构造活动共同作用的结果,而约0.6Ma以来的加速干旱化可能是昆黄运动所导致的高原北部强烈隆升和区域环流系统变化或强化所造成的.     

15Ma以来海陆记录的轨道-构造尺度东亚季风的演化以及西北内陆的干旱化

通过对比分析中国内陆、南海和西北太平洋15Ma以来的构造和气候记录, 本文探讨了构造和轨道尺度上东亚季风和西北内陆的干旱化历史。构造尺度上, 在中中新世以来全球变冷的格局下, 东亚冬季风逐步增强。而东亚夏季风表现出从10Ma开始逐渐减弱, 4Ma再次增强的阶段性变化。我们推测在11.16~7.00Ma, 由于青藏高原向东北方向的扩张, 导致高原东北缘和西秦岭之间可能存在水汽通道, 夏季风降水可以通过水汽通道到达青藏高原的东北缘。7~8Ma之后水汽通道可能全部关闭, 加上全球变冷和夏季风的减弱, 西北内陆全面干旱, 同时高原东北缘的隆升也提供了粉尘物源, 风尘开始大面积堆积。2.75Ma 以来, 在冰期-间冰期旋回上, 夏季风变化领先冬季风约30ka, 分析表明冬季风与北极冰盖的强迫联系紧密, 而夏季风同时受到高纬冰盖和低纬过程的驱动。     

蜗牛卵化石在黄土高原的发现及其对季节内突变气候事件的指示

卵化石是极为宝贵的化石材料之一[1~2].由于卵的孵化极为敏感地受温度变化影响,繁殖季节内突发的气候事件造成温度快速变化,不能达到孵化所需要的温度,则大量的卵不能孵化[3~5].没有孵化的卵在地层中保存下来形成化石,所以卵化石含量变化具有记录地质时期生物繁殖季节内突变气候事件变化的潜力.但是,长期以来,卵化石的研究主要集中在恐龙和鸟类[2],由于恐龙和鸟迁徙能力强以及产卵相对较少,它们的卵化石很难在地层上形成连续的含量变化序列,严重限制了卵化石的古气候学研究价值的发挥.寻找和建立较连续的卵化石含量变化序列是突破这一限制的关键.     

最近2.5Ma黄土高原环境变化研究进展——来自洛川黄土地层的证据

洛川黄土—古土壤序列记录了最近2.5Ma黄土高原自然环境的演化和变迁。国内外研究人员运用地层学、古生物学、土壤学、磁学、沉积学、岩石学、矿物学、地球化学等多学科的研究方法，统一地层划分，明确成因机制，建立时间标尺，分析气候指标，提取环境信息，逐步揭示了自早更新世以来该区气候由暖湿而冷干、频繁剧烈波动的历史以及古生物的演替过程，为全球变化研究提供了重要资料。     

末次间冰期以来黄土高原南部植被演替的植物硅酸体记录

对于本次间冰期以来黄土高原是否存在大面积森林植被的问题一直存在争议,本文通过对渭南、宝鸡和兰州剖面的植物硅酸体记录研究表明,末次间冰期以来,在黄土高原南部,主要发育草原和森林草原的植被类型,只有在气候最适宜期年降水量超过800mm以上,才可能有短期的森林植被发育。在黄土高原源区发育森林植被所需要的降水量要比基岩山地高250mm以上。     

黄土高原西部会宁地区66万年以来冰期—黄土旋回的孢粉记录

根据野外剖面观测及古地磁资料,将会宁黄土地层与兰州、洛川黄土地层进行对比。在孢粉分析的基础上,把该区约66万年以来的植被与气候演变历史划分为13个阶段,并将其与深海沉积氧同位素阶段及冰期旋回进行了对比。约66万年以来,该地植被变化于温性针阔叶混交林与荒漠草原之间,气候变化于温暖半湿润-寒冷干旱之间。     

末次间冰期以来青藏高原东部季风演化的黄土沉积记录

对青藏高原东部甘孜地区末次间冰期以来黄土地层的磁化率、粒度、CaCO3含量和有机碳含量等气候代用指标的综合分析表明,末次间冰期以来青藏高原东部冬、夏季风分别经历了5次和6次较为强大的时期;其演化阶段基本可与深海氧同位素曲线(SPECMAP)对比。与同期印度洋季风强度变化存在极高的一致性(特别是在氧同位素阶段3)。我们认为,全球冰量变化可能不是控制青藏高原季风演化的决定因素,而其它因素如太阳辐射变化及高原下垫面状况对高原季风演化可能具有更为重要的意义。     

我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究(Ⅱ):研究成果的创新性及项目实施效果

针对国家战略决策层面的重大需求：北方干旱化的趋势预测、影响评估和对策建议,项目紧密围绕国民经济和科技自身发展的重大科学问题,大力加强原始创新,开展多学科交叉研究,在更深的层面和更广泛的领域解决国家经济与社会发展中的重大科学问题,同时提高自主创新能力。实施5年来,不仅取得了一批有国际影响的创新性科研成果,而且为满足国家重大需求做出了实质性贡献。同时,项目在人才培养和基地建设等方面也取得了显著成绩,为相关研究的深入开展奠定了坚实基础。主要介绍了该项目研究成果的创新性及实施效果。     

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.      

Combined tectonics and climate forcing for the widespread aeolian dust accumulation in the Chinese Loess Plateau since the early late Miocene

Currently mechanisms for the onset of the widespread aeolian dust accumulation in the Chinese Loess Plateau since 8–7 Ma remain elusive. In this study, we compile 11 records of climate (14–7 Ma) and tectonic activity of the Tibetan Plateau and its adjacent areas (15–6 Ma). The results suggest that strong tectonic activity in the northeastern Tibetan Plateau has produced massive debris and dust, which was deposited in the piedmont basins and reworked by weathering and fluviolacustrine erosion. At the same time, global cooling and uplift of the Tibetan Plateau over the period of 14–7 Ma intensified the East Asian winter monsoon and westerly winds (westerlies) while weakening the Asian summer monsoon, which led to the spread of dry land vegetation and aridification in interior China. Sediments in the piedmont basins were then exposed in the aridity and transported by the westerlies to the Chinese Loess Plateau and the North Pacific. We suggest that tectonic activity in the northeastern Tibetan Plateau and shifting global climate together triggered the widespread aeolian dust accumulation in the Chinese Loess Plateau and the North Pacific since 8–7 Ma.     

黄土高原黄土地层的对比及细分

将前人对黄土高原黄土地层划分的研究成果进行全面总结、分析,结合洛川、宝鸡、西峰3个经典剖面,利用土壤 地层学、沉积学、磁性地层学、古生物学、年代学、地球化学等研究方法对黄土高原的黄土地层进行详细对比以及进一步 细分。将早、中更新世界线调整为B/M极性倒转开始的对应层位——L9顶部。根据岩性和气候旋回周期的差异性等,将离 石黄土三分,S8/L9作为离石黄土内部划分的一条新界线,S1~L5划分为上离石黄土,S5~S8划分为中离石黄土,L9~L15划分为 下离石黄土。在分析过程中发现关键层位（S0,L1,S1,S5,L9,L15,L33） 的年龄具有差异性。     

Episodic gullying and paleomonsoon cycles on the Chinese Loess Plateau

Buried gullies exposed in road excavations along the margin of a loess tableland on the Loess Plateau of central China lie within a thick loess-paleosol succession that spans ≥780,000 years. Constraining ages for gully cutting and filling are provided by dates of loess and soil units cut by and capping the paleogullies. An episode of gully cutting begins at the onset of an interglaciation and ceases as the gullies begin to fill with colluvium and airborne dust during the transition to full-glacial conditions. The episodic cutting and filling of gullies implies a basic astronomical (orbital) control of gully evolution involving cyclic changes in dominant summer and winter monsoon climates, surface hydrology, and vegetation cover.     

黄土高原黄土物源区的同位素证据

系统采集了黄土高原马兰黄土、河西走廊和青藏高原东北部黄土、河床沙和湖泥样品。用酸淋洗去除方解石后,黄土高原马兰黄土εNd(0)值从-9.2到-11.3,87Sr/86Sr比值从0.71784到0.71944,都落在同位素B区内,与青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的值一致。黄土高原马兰黄土白云石的δ13C值从1.2‰到1.5‰,与青藏高原东北部和河西走廊黄土,巴丹吉林沙漠的白云石的值类似。这些表明青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠可能是黄土高原黄土的源区,从而排除了其他沙漠(古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)作为黄土物源区的可能性。同位素研究结果和野外调查进一步揭示,黄土高原黄土、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠物质可能最终都是来源于青藏高原东北部。     

晚新生代以来中国西北植被演化及反映的干旱化过程

亚洲内陆干旱化是全球新生代大陆环境变化中最引人瞩目的重大事件之一,一直是古气候研究的热点。但到目前为止,亚洲内陆干旱化的起源、演化及其机制仍存在争议。本文系统整理了具详细定年的30条孢粉序列,利用生物群区化方法,重建了晚新生代以来我国西北植被的时空演化历史,探讨了干旱化过程。结果显示：约36~28Ma,我国西北植被以森林为主,气候湿润;约27~24Ma,出现草原,开始呈现干旱化趋势;约23~18Ma荒漠扩张;约8Ma以来,大部分森林被荒漠、草原替代,干旱程度显著增强。上述干旱化历史与全球变冷、青藏高原隆升及副特提斯海退缩在时代上有一定的关联性。因此认为,亚洲内陆干旱化的起源可能与青藏高原隆升及副特提斯海的退缩有关,而之后干旱化过程受全球变冷影响逐步加强,约8Ma以来的急剧干旱化可能与北半球高纬变冷的关系更为密切。     

Variation characteristics of CO2 in a newly-excavated soil profile,Chinese Loess Plateau: Excavation-induced ancient soil organic carbon decomposition

Soils of the Chinese Loess Plateau(CLP)contain substantial amounts of soil inorganic carbon(SIC),as well as recent and ancient soil organic carbon(SOC).With the advent of the Anthropocene,human perturbation,including excavation,has increased soil CO₂ emission from the huge loess carbon pool.This study aims to determine the potential of loess CO₂ emission induced by excavation.Soil CO₂ were continuously monitored for seven years on a newly-excavated profile in the central CLP and the stable C isotope compositions of soil CO₂ and SOC were used to identify their sources.The results showed that the soil CO₂ concentrations ranged from 830μL·L^-1 to 11190μL·L^-1 with an annually reducing trend after excavation,indicating that the human excavation can induce CO₂ production in loess profile.Theδ¹³ C of CO₂ ranged from–21.27‰to–19.22‰(mean:–20.11‰),with positive deviation from top to bottom.The range of δ¹³CSOC was–24.0‰to–21.1‰with an average of–23.1‰.Theδ¹³ C-CO₂ in this study has a positive relationship with the reversed CO₂ concentration,and it is calculated that 80.22%of the soil CO₂ in this profile is from the microbial decomposition of SOC and 19.78%from the degasification during carbonate precipitation.We conclude that the human excavation can significantly enhance the decomposition of the ancient OC in loess during the first two years after perturbation,producing and releasing soil CO₂ to atmosphere.     

黄土高原地区古气候定量化研究方法评述

定量化重建黄土高原地区古气候,是黄土研究的新方向和大趋势。本文主要从土壤磁化率、植物孢粉、植物硅酸体和稳定同位素等替代性指标方面回顾了国内外对黄土高原地区古气候定量化研究的现状,并对研究中存在的问题进行了讨论。相关的研究结果表明,黄土高原地区的古气候定量化研究取得了积极的成果,但还仍处在初步阶段。由于指标本身存在局限性或指标与气候要素之间机理尚不十分清楚,所获得的定量化结果并不能令人十分满意。提出今后定量化重建古气候研究的重点是要进一步加强对黄土高原现代生态过程的研究,清楚地认识各指标与气候要素之间的机理和联系,建立可信的相关函数。希望对这方面的研究有所裨益。     

Mineral Composition of Loess—Paleosol Samples from the Loess Plateau of China and Its Environmental Significance

34samples of loess-paleosol from the Luochuan and Xifeng sections in the Loess Plateau,northern China were eparated into sand,silt and clay fractions and analyzed for their mineral compositions.The results indicate that there is almost no difference between loess and paleosol in mineral composition.Major mineral species are quartz,mica,feldspar and chlorite,accounting for about 88-92% of the total;other minerals are kandite,smectite,vermiculite and a few heavy minerals.The calcite,magnetite and hematite were not taken into consideration because of their removal in the process of sample preparation.The main difference with respect to the mineral composition of samples collected from different sections and different statigraphic levels lies in the amount and grain size of minerals hosted.Comparisons between the Luochuan section and the Xifeng section,between paleosol and loess and between the upper part and the lower part of some paleosol layers show that the formers contain less feldspar but more mica and vermiculite and are finer in grain size,indicating the co-occurrence of both biochemical weathering process responsible for mineral change and physical weathering process leading to grain-size change during the soil-forming processes.This result favours such an explanation of the soil-forming mechanism that loess deposition and paleosol development occurred synchronously,though the rate of soil formation was greater than that of loess deposition,thus leading to soil development.     

1961—2005年黄土高原地区积温演变

为揭示黄土高原积温区域变化特征,采用EOFS、小波分析和分形分维分析等方法,研究了该区域在近45 a的年正负积温变化.结果表明:黄土高原正负积温变化的区域一致性程度较高;负积温存在以3-4 a为主的年际振荡,正积温存在以2-4 a为主的年际振荡;负积温在1982年左右发生突变,年总量呈明显减少,3 a周期加强;正积温在1985/1986年突变后呈明显增加趋势,2 a周期消逝,4 a周期衰减,3 a周期突出.积温大振幅区集中在黄土高原腹地,变化信息由高原中部向周边传播;负积温分维数大于正积温,负积温变化全程复杂于正积温,这可能与冬夏季大气环流活跃程度和冷暖空气在近地面运动受大地形影响有关.     

黄土高原北部风沙区土地沙漠化问题及防治对策

本文所研究的黄土高原北部风沙区生态环境脆弱,加上长期以来人类不合理地利用资源,土地沙漠化问题日益严重。沙漠化土地已经以不同的等级类型不连续地散布在整个黄土高原的北部边缘,并有进一步由北向南推进的趋势。其中地表沙性物质基础和干旱多风的动力条件是其发生发展的基本条件,起决定作用;人为因素是外在条件,加速沙漠化的发展。黄土高原北部土地沙漠化的危害,在本区域的表现十分突出。不仅对当地经济的发展和人民生活有严重影响,更为严重的是该地区土地沙漠化的现状、形成及扩展,会使黄河流域土地沙漠化进一步向南推进,对整个黄土高原甚至我国整个北方地区的自然环境都有直接影响。黄土高原北部边缘土地沙漠化问题,不仅是当地经济振兴的严重障碍,而且威胁着整个黄土高原地区资源的开发与利用。因此,如何及时采取有效措施遏制其土地沙漠化势头就成为了一个迫在眉睫,并急需解决的问题。本文在搜集大量原始资料的基础上,对该区土地沙漠化的现状进行了总结,探讨了形成机理,并进一步分析了沙漠化的危害,最后提出了相应的防治对策。