粒度和磁化率记录的毛乌素沙地东缘全新世气候变化

通过对毛乌素沙地东缘大柳塔剖面地层沉积物粒度及磁化率特征的分析,结合光释光测年结果,探讨了毛乌素沙地全新世气候变化。结果表明:(1)剖面沉积物粒度组成以中砂、粗砂为主,古土壤中黏粒组分含量高(3.32%),风成砂中几乎不含黏粒组分(0.01%),粒度参数的平均粒径M_z和分选系数σ也表现为古土壤高值、风成砂低值;(2)磁化率在全剖面呈有规律的变化,低频、高频磁化率在古土壤中呈高值,湖沼相、弱成壤次之,风成砂最小;低频磁化率χ_lf与黏粒(<2μm)含量、平均粒径M_z呈显著正相关,垂向剖面上变化规律一致,指示了相似的气候环境意义;(3)毛乌素沙地在10.39 ka BP附近存在明显的3次冷干-暖湿气候波动; 10.39～9.34 ka BP,气候冷干,风沙活动盛行; 9.34～8.68 ka BP,冬季风衰退,夏季风增强,成壤作用强烈; 8.68～8.29 ka BP,气候寒冷干燥; 8.29～2.72 ka BP,气候整体温暖湿润,在6.55～3.80 ka BP达到鼎盛后转向冷干; 2.72～1.34 ka BP,冬季风占主导,沙丘活化,沙漠扩张; 1.34 ka BP至今,逐渐接近现代气候。毛乌素沙地的全新世气候变化是东亚冬、夏季风此消彼长作用下全球气候变化的区域响应。     

滇东北拱王山地区全新世以来的气候环境变化

对滇北拱王山狐狸房峰南侧老碳房村附近冰蚀湖相沉积剖面进行粒度、磁化率分析,结合^14C年代,建立了8．4ka至今的古气候环境变化序列。全新世早期以来经历5次较明显的气候波动：8．4—7．7ka,磁化率（xlf）变化在1．62-3．88μm^3kg^-1,粒度平均值为5．46φ,气候凉湿;7．7～6．5ka,粒度均值为5．83φ,磁化率降低,变化在1．44-2．28μm^3kg^-1。之间,气候冷湿;6．5-4．7ka,粒度均值为5．95φ,磁化率值变化在1．53—3．65μm^3kg^-1之间,气候冷干;4．7-2．1ka,粒度均值为5．91φ,磁化率增加,变化在2．0—5．2μm^3kg^-1。之间,气候凉湿;2．1ka以来,粒径平均值为5．63φ,磁化率值显著增加,介于3．44-6．33μm^3kg^-1。之间,平均值为4．80μm^3kg^-1,气候以暖湿为主。     

柴达木盆地盐湖卤水及其沉积物硼同位素地球化学研究进展

综述了柴达木盆地盐湖卤水及其沉积物的硼同位素研究成果,并从pH值、离子浓度、物源补给等几方面对盐湖卤水及其沉积物的硼同位素组成进行了探讨。强烈的蒸发作用可以导致盐湖卤水的pH值降低,从而使δ¹¹B值相应地升高;卤水中的B可能会随碳酸盐的析出而进入到固相中,因此Ca²⁺浓度和Ca/Cl比值较高的湖泊,其卤水的δ¹¹B值一般都比较高;盐湖卤水及其补给水源的δ¹¹B值与B/Cl比值具有中等程度的负相关关系,这种特性也可以用来指示河水中硼的来源;当易风化的硅酸盐矿物经剥蚀迁移并最终在湖泊中沉积时,盐湖沉积物的δ¹¹B值会因这些低δ¹¹B值的物源加入而变低;此外,强烈的化学风化会使湖泊中沉积较多的细粒粘土矿物,由于粘土矿物的吸附作用也会使得盐湖沉积物中的δ¹¹B值偏低。关于柴达木盆地盐湖硼同位素的研究,不仅可以为盐湖的形成、演化及成盐成矿规律的研究提供可靠依据,而且可以为盐湖资源评价及合理开发提供科学依据。     

青海湖湖东沙地沉积记录的全新世以来风沙活动变化

青海湖湖东沙地典型剖面的AMS¹⁴C测年数据表明该剖面记录了当地约10 ka BP的风沙活动及环境变化。对沉积物的粒度组成特征、粒度参数、粒度环境敏感指标等分析,并结合沉积物磁化率和青海湖盆地相关研究中风成砂、黄土和弱发育古土壤、古土壤的OSL、AMS¹⁴C年代数据等,进行全新世以来的风沙活动及气候环境变化讨论。结果表明：（1）粗颗粒敏感组分（138~156μm）可以用来指示风沙活动的强弱,细颗粒敏感组分（2~5 μm）可以用来指示成壤作用。（2）10~9ka青海湖盆地气候状况较全新世之前略有好转,暖湿程度增加,部分区域开始发育古土壤,但总体上古土壤、弱发育古土壤、黄土、风成砂共存;9~4.2 ka青海湖盆地水热组合条件较好,风沙活动弱,大部分沙丘固定成壤,但9~8 ka和4.2 ka左右风沙活动较为频繁的特征可能指示了8.2 ka和4ka冷事件;4.2 ka之后特别是2 ka之后风沙活动显著增强,气候朝干冷化发展。     

云南丽江树轮δ18O记录的大气环流变化信息

通过对云南玉龙雪山丽江冷杉年轮晚材纤维素氧同位素 (δ¹⁸O) 的分析,建立了1902-2004时段年分辨率的树轮δ¹⁸O序列。将所得序列与相邻的丽江市气象站记录的气候资料对比,分析了树轮δ¹⁸O对气候要素的响应。结果表明,丽江冷杉年轮晚材中的δ¹⁸O与其生长季气候因子密切相关。主要与季风期 (8-10月) 的降水和相对湿度、6-10月总云量、5-6月平均温度显著相关,尤其和总云量相关性最高 (r = -0.45,P = 0.01)。同时,树轮δ¹⁸O年际变化与南亚季风指数、东亚夏季风指数呈反相关关系,并与1-5月南方涛动指数负相关显著,在一定程度上反映了大尺度的大气环流影响。     

末次冰消期以来黄河首曲流域气候变化与地表过程相互关系

黄河首曲是世界高海拔地区生物多样性丰富和生态变化敏感的地区,其环境演变过程如何响应区域气候变化具有重要的科学意义。针对该区末次冰消期以来气候环境重建结果的分歧,以目前已发表的多载体记录为基础,独立集成区域气候变化的框架性过程和地表环境演变历史,进而探讨两者的相互关系。结果表明：（1）该区在13～6 ka气温和湿度持续增加,10～6 ka为气候最优期,6 ka以后气温和湿度逐渐下降,气候变冷变干。（2）18～11 ka地表过程以河湖相过程为主,风沙活动非常弱;11～8 ka河湖沉积过程减弱,风沙活动增强;8～3 ka古土壤大规模发育;3 ka以来广泛发育草甸土。（3）区域地表环境变化过程与气候变化之间存在非同步变化,6 ka以前气候变化对区域地表过程呈正向驱动,6 ka以后对区域地表过程呈负向驱动。基于现代和晚全新世草甸土壤粒度的比较,发现草甸土壤的发育是气候变冷变干背景下风成物质不断加积的产物,进一步暗示区域土壤发育与气候变化间的复杂关系。     

哈萨克斯坦巴尔喀什湖沉积物粒度特征及其对区域环境变化的响应

湖泊沉积物中的粒度参数记载了丰富的流域环境变化信息,可为无器测资料地区重建古环境变化序列提供可靠的途径。通过对巴尔喀什湖岩芯沉积物中粒度、磁化率等环境代用指标的分析,结合放射性137Cs定年以及流域气候、湖泊水位等器测记录数据,研究了巴尔喀什湖沉积物中粒度变化特征及其环境指示意义。结果表明:巴尔喀什湖沉积物中黏土质(4μm)组分平均含量为20.32%,细粉砂质(4～16μm)为40.13%,中粉砂质(16～32μm)为22.86%,粗粉砂质(32～64μm)为10.55%,砂质(64μm)为6.13%。通过粒径标准-偏差法提取了沉积物中环境细颗粒敏感组分(F1,6.61～10.00μm)和粗颗粒敏感组分(F2,45.71～69.18μm)。研究表明在人类活动影响不断加强的背景下,粒度敏感组分的含量变化不能敏感的反映湖泊水位、入湖径流乃至区域气候的变化,而与沉积物中磁化率所反映的人类活动强度变化存在较为显著的相关关系(r=0.870,P0.01),这可能与人类活动增强导致的流域内富含磁性物质的细颗粒碎屑物质被搬运入湖有关,湖泊沉积物中磁化率升高的同时,湖泊沉积物中细颗粒物质增加。研究结果可为长时间尺度下古环境重建研究提供重要参考依据,同时也对揭示流域人类活动对湖泊环境的影响具有一定的科学意义。     

苦海沉积物有机质反映的过去840年来青藏高原东部环境变化

青藏高原对全球气候变暖响应敏感,研究青藏高原近千年来环境演化过程、规律与驱动机制对预测其未来气候变化有重要意义。本文通过位于青藏高原东部的苦海沉积物总有机质相关指标(总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总有机碳与总氮比值(TOC/TN)和总有机碳同位素(δ¹³Corg)的研究重建了该区域过去840年来环境演化过程。结果表明,苦海沉积物中的有机质主要来自于内源水生植物。由于暖期(冷期)时黄河上游径流量较高(低),苦海水位随之升高(降低),湖泊水动力增强(减弱),浅水区沉水植物对研究岩芯中的有机质贡献率提高(降低),导致沉积物TOC、TN、TOC/TN升高,δ¹³Corg值正(负)偏。人类活动导致的青藏高原近50年气候异常变暖可能是~1950 AD之后δ¹³Corg反映的黄河上游径流量变化与重建的中国温度记录之间的关系发生转变的原因。苦海沉积物δ¹³Corg记录与万象洞石笋δ¹⁸O记录和太阳总辐射强度记录变化特征的相似性说明青藏高原东部地区气候变化的控制因素为太阳辐射驱动下的季风降雨量变化。     

210Pb、137Cs 计年法在现代海岸带沉积速率 研究中的应用述评

²¹⁰Pb、¹³⁷Cs 计年法已被国内外广泛用于湖泊、河流和海洋现代沉积速率的研究中。本文在 回顾了210Pb、137Cs 计年法应用于海岸带沉积速率研究的现状以及存在问题的基础上, 根据海岸带 沉积环境特征分析了²¹⁰Pb、¹³⁷Cs 计年法在应用中应当注意的问题, 包括采样精准性, 样品分离的 分辨率, 数据校正方法的选择及两种方法的相互印证等。从几个方面探讨了提高沉积速率测定精 度的可能性, 同时指出, ²¹⁰Pb、¹³⁷Cs 的扩散混合模型的建立, ¹³⁷Cs 沉积滞后的问题, 以及¹³⁷Cs、²¹⁰Pb 计年法的应用范围等仍有待深入探讨。     

岱海湖泊沉积物频率磁化率对历史时期环境变化的反映*

在探讨封闭湖泊沉积物频率磁化率的环境意义的基础上,根据岱海DH₃₂孔湖泊沉积物磁化率的测量结果,结合粒度、孢粉、历史资料和硅藻分析结果,对岱海历史时期的环境变化进行了探讨。研究认为:历史时期内陆封闭湖泊沉积物频率磁化率高值段指示气候偏湿阶段;低值段指示气候干旱阶段;DH₃₂孔湖泊沉积物频率磁化率反映的近300年来岱海气候变化可划分七个阶段,并与粒度、孢粉、硅藻和历史资料的分析结果基本一致。湖泊沉积物频率磁化率是恢复历史时期环境变化的重要环境指标之一。     

近6 ka以来科尔沁沙地东部气候变化记录

 根据科尔沁沙地东部TL剖面磁化率、有机质、化学元素等气候代用指标的变化特征和14C测年结果,分析和讨论了科尔沁沙地6 ka BP以来的气候变化过程。实验数据显示,高频磁化率、低频磁化率、有机质、Al2O3含量变化趋势基本一致,且峰值段对应古土壤层,谷值段对应风成砂层。依据气候代用指标的变化将6 ka BP以来科尔沁沙地气候变化分为3个阶段：Ⅰ.6.0～4.2 ka BP,气候暖湿,夏季风逐渐增强,并占主导,冬季风较弱,与全新世大暖期对应,但存在百年尺度的气候波动,其中：6.0～5.6 ka BP,5.6～5.4 ka BP,4.9～4.2 ka BP气候暖湿;5.6～5.5 ka BP,5.4～4.9 ka BP气候相对冷干。Ⅱ.4.2～1.3 ka BP,气候相对暖湿,与上一阶段相比夏季风有所减弱,但仍强于冬季风,其间也存在次一级波动,3.7～3.6 ka BP,3.4～1.3 ka BP,气候相对暖湿,4.2～3.7 ka BP,3.6～3.4 ka BP气候相对干冷。Ⅲ.1.3～0.65 ka BP以来,气候波动频繁,后期有向暖湿发展的趋势。总体而言,区域气候变化与全球具有较好的一致性。     

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。     

Li+,Na+,K+/Cl-,SO2-4-H2O五元体系25 ℃相图及其应用

Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl-,SO2-₄-H₂O五元体系相图对于硫酸钠亚型富锂卤水分离提取锂盐、锂辉石加工利用和锂盐产品的开发利用工艺制定都有指导作用。20世纪50年代曾有人研究过这一体系25 ℃时的相图,限于当时的科研水平,液相组成确定不准确,对平衡固相的判断,后来诸多研究结果证明也有错误。50多年来再没有人研究这一五元体系相图。利用我们提出的Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl^-,SO^2-₄-H₂O六元体系热力学模型,对该五元体系的平衡溶液组成和正确的平衡固相进行理论预测,给出了该体系的完整相图。结合硫酸锂混盐分离、加工实例阐述了该五元体系相图的应用。     

三江平原湿地CH4、N2O的地-气交换特征

利用暗箱-气相色谱法对三江平原3种具有代表性的湿地类型（常年积水的毛果苔草沼泽、季节性积水的小叶章湿草甸和灌丛湿地）进行了为期两年的CH⁴和N²O现场同步观测。结果表明,湿地全年CH⁴和N²O通量有明显的季节和年际变化,与温度和土壤水分条件密切相关。在发生季节性干旱的年份,生长季（5月¹0月）CH⁴排放通量峰值出现在6月和8月,呈双峰型;而在降水充沛的年份,CH⁴排放通量峰值出现在6、7月份,呈单峰型。冰冻期（11月到次年4月）CH⁴排放通量十分的微弱,其中灌丛湿地表现为负排放。3种类型湿地N²O通量一般在非冰冻期表现为排放,呈双峰型,5月份融化期为第一个高峰期,7、8月为第二个高峰期,冰雪覆盖期表现为吸收。湿地CH⁴和N²O通量在春季的融冻期,存在此消彼长的现象。     

青藏高原中部色林错湖泊沉积物色度反映末次冰盛期以来区域古气候演化

色林错湖位于青藏高原内部,是西藏第一大咸水内陆湖。研究区剖面选自色林错第三湖泊阶地,利用常用气候替代指标色度,结合粒度、碳酸盐含量［CaCO³（%）］、矿物分析和全有机质（TOC）等进行对比分析,同时采用¹⁴C测年方法对剖面进行准确的年代划分,初步探讨了末次冰盛期以来色林错湖泊沉积物色度增强机制的差异性。研究表明： a^*、b^*与中粗粒砂、磁化率具有较好的相关性;亮度L^*与CaCO³（%）具较好相关性;因而沉积物色度变化可反应区域古气候变化。同时对湖泊沉积物矿物分析发现,影响色度变化的制色矿物主要是针铁矿,且以还原环境为主。红度a^*高值与亮度L^*低值对应气候暖湿气候环境,沉积物粒度较粗,碳酸盐含量低,有机质含量高,磁化率较高值;反之,红度a^*低值,L^*高值,粒度较细,碳酸盐含量高,有机质含量低,磁化率低值,对应干冷气候。在17.4～15.5 cal ka BP阶段,对应干冷的气候特点;在15.5～10.4 cal ka BP阶段,对应温暖湿润的气候;在10.4～5.2 cal ka BP阶段,整体属于温暖湿润的气候特点;其中,在9.7～9.4 cal ka BP和8.75～8.5 cal ka BP为两个重要的冷事件,属于干湿的气候特点;在5.2～1.2 cal ka BP阶段,反映了干冷的气候特征;在4.3～4.0 cal ka BP,3.3～3.0 cal ka BP和2.4～1.75 cal ka BP,反映了干旱温暖的气候特点;在1.2 cal ka BP以后,色林错湖湖水迅速下降。     

长江三峡地区全新世环境演变及其古文化响应

依据长江三峡地区大九湖和玉溪剖面AMS14C测年数据(校正为日历年)建立了约9.3～2ka BP高分辨率多环境代用指标(δ13C、K、腐殖化度、抱粉总浓度、Rb、Sr及Rb/Sr)的变化曲线,并在此基础上与研究区周边反映全新世气候环境变化的不同沉积记录进行综合对比分析.与此同时,本文还通过对研究区古遗址和古洪水层的统计分析,获取了本区新石器以来古文化兴衰变迁和古洪水发生的完整信息.研究结果表明:(1)本区全新世大暖期约出现在7.6～4 ka BP.9.3～7.6 ka BP,本区气候极不稳定,波动幅度大,总体上冷湿,多次出现显著的降温或干旱事件(9.1、8.2和7.7 ka BP前后);4～2 ka BP,本区气候较此前偏干凉,且波动频繁.(2)7.6～ka BP的大暖期分为三个演变阶段:即6～5 ka BP为大暖期的鼎盛期,气候稳定,温暖湿润,植被及生态条件优越,洪水发生频率低;7.6～6 ka BP和5～4 ka BP为大暖期中具有不稳定特征的过渡期,其中5～4 ka BP及4 ka BP前后的降温事件仍较显著,且多发洪水.(3)本区史前古文化的主要形成发展期与大暖期持续阶段相对应,其中耕作业相对发达的大溪文化繁荣期出现在大暖期中的鼎盛阶段(约6～5 ka BP),大溪文化前后处于低潮及表现为衰退现象的古文化则对应气候环境的不稳定期,总体上,研究区古文化响应气候环境变化的主要方式是通过改变其生业结构的途径来实现的.     

沉积硼酸盐矿物硼同位素组成特征及控制因素研究

硼资源主要来自沉积硼酸盐矿床,其硼同位素组成携带着丰富的成矿及蚀变信息。通过室内模拟实验及统计全球沉积硼酸盐矿物δ¹¹B值,分析发现硼酸盐矿物δ¹¹B值主要受硼源、硼酸盐结构、pH值、后期蚀变及瑞利过程影响。不同试剂合成及不同盐湖产出的硼酸盐矿物δ¹¹B值存在显著差异,说明硼源是决定δ¹¹B值的第一要素。同一矿床及全球沉积硼酸盐矿物间δ¹¹B值均表现出钠硼酸盐(硼砂、三方硼砂、贫水硼砂)＞钠—钙硼酸盐(钠硼解石、硼钠钙石)＞镁硼酸盐(多水硼镁石、柱硼镁石、库水硼镁石)＞钙硼酸盐(硬硼钙石、板硼石、白硼钙石、三斜硼钙石)＞钙—镁硼酸盐(砷硼镁钙石、水方硼石),这与硼酸盐矿物中BO₃/BO₄比值及卤水pH值有关。原始沉积硼酸盐后期埋藏过程经历的蚀变反应会改变δ¹¹B值:(1)次生硼酸盐矿物δ¹¹B值比原生硼酸盐矿物低2‰～4‰,这是由于脱水反应中¹¹B倾向进入流体相;(2)次生硼酸盐矿物δ¹¹B值比原生硼酸盐矿物高0‰～1‰,这是因为瑞利过程中¹⁰B优先进入固相造成后期沉积硼酸盐矿物δ¹¹B值升高0.3‰～2.5‰;(3)后期流体作用会显著改变δ¹¹B值,主要表现在硅—锶硼酸盐矿物δ¹¹B值与原生硼酸盐矿物具有显著差异。     

Li+的水合结构和近似饱和水合层:基于密度泛函理论的研究

结合密度泛函理论,运用B3LYP/aug-cc-pVDZ方法对[Li(H₂O)_n]⁺(n=1~10)水合团簇的结构进行了研究。研究结果表明,在气相和液相中,四配位结构的[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇比其五配位的异构体稳定,即在水溶液中Li⁺易形成四配位的四面体结构。随着同时水分子数的增加,Li-O键长增大,Li⁺上的电荷密度减小。但是当水分子数大于4时,Li-O键长和Li⁺上的电荷密度变化很小。[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中每个水分子的结合能计算结果表明,7个水分子已足以形成Li⁺的近似饱和水合层。另外红外光谱显示[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中O-H伸缩振动随着水分子数的增加发生蓝移,而~3 600 cm-1和~3 500 cm-1处的吸收峰是第二水合层与第一水合层、第三水合层和第二水合层的水分子形成氢键引起的。     

晚第四纪科尔沁沙地干湿变化的黄土记录

利用光释光（OSL）定年技术对科尔沁沙地南缘的典型黄土剖面进行了测年,结合两个剖面的磁化率、粒度、有机质含量等气候替代性指标,对沙地古气候及环境变化过程进行了分析。结果表明,晚第四纪科尔沁沙地的古气候经历了万年-千年时间尺度的多次干湿变化,特别是在146.96 ka BP前后、141.98 ka BP左右和107.06 ka BP前后发生过重大转变;相应地,沙地地表植被也经历了干冷多风条件下的干草原、荒漠草原和温暖湿润或温凉稍湿气候条件下的森林草原、疏林草原的多次变化。科尔沁沙地古气候的干湿变化可能是晚第四纪东亚冬、夏季风强弱变化的反映。     

内蒙古黄旗海湖泊沉积物磁化率特征及其环境意义

黄旗海H3剖面是14C测年8.0~2.0 ka BP高湖面时的粉砂质湖相沉积。对H3剖面的全样、77~20 um、20 um三个粒级的磁化率和Ti、Zr元素含量进行了测试,研究结果表明:作为气候环境代用指标,磁化率和Ti、Zr元素含量在20μm粒级样品中具有相同的指示意义。因此,在利用磁化率和地球化学元素作为气候环境代用指标时应当将样品分成不同粒级测试其含量变化,并从中寻找能够反映气候环境变化的真实信息。磁化率参数可以作为反映环境变化的代用指标,两者间有很好的相关关系,湖泊沉积中,高(低)磁化率指示干燥(湿润)的气候,较低(高)的湖面。黄旗海由磁化率反映的事件可以与北大西洋全新世突发气候事件对比,也可以和若尔盖高原泥炭记录的全新世气候事件对比,可能反映了内蒙古高原中南部、青藏高原和北大西洋地区气候变化的内在联系。