新疆天山地区不同海拔黄土记录的末次冰消期以来的环境演变

新疆天山地区是中亚干旱区的重要组成部分,在研究全球环境变化和区域气候方面具有重要意义。选取天山地区不同海拔的3个黄土剖面,结合磁学参数、粒度、碳酸盐、总有机碳含量,探讨该区域地形对粉尘堆积和气候环境的影响以及末次冰消期以来的环境演变。结果表明：1）在天山北麓,磁化率、粒度和总有机碳含量变化指示海拔相对较高的黄土沉积对湿润气候环境更加敏感;2）伊犁盆地由于相对湿润的气候环境,其黄土沉积磁化率高于天山北麓,体现了地形因素的重要作用;3）新疆天山地区海拔较高的黄土沉积响应轨道和亚轨道尺度气候变化,各指标均指示末次冰消期以来气候环境由干冷向暖湿转变;在亚轨道尺度上尤其是中晚全新世,湿度逐渐增加。

     

基于光释光测年的东海嵊山岛风尘黄土环境敏感粒度组分研究

以东海岛屿嵊山岛约2.75 m厚的风尘黄土剖面为研究对象,基于光释光测年建立的时间标尺,通过沉积粒度和环境磁学等分析,与黄土高原典型黄土以及东部下蜀黄土进行对比,探讨该地区晚更新世古气候特征。光释光测年结果显示,嵊山岛黄土沉积始于约51 ka,对应于末次冰期。黄土沉积粒度参数和磁学参数分析结果显示,与西北黄土相比,嵊山岛黄土的频率分布曲线呈"三峰分布",磁化率值偏大,波动幅度也较大。进一步运用粒级-标准偏差法提取环境敏感粒级组分,即细颗粒组分（< 23 μm）和粗颗粒组分（>23 μm）,分别代表该地区两种主要的粉尘搬运与沉积风力系统,可用于指示黄土沉积的阶段性特征。黄土粗细粒级环境敏感组分及环境磁学的变化揭示约49~35 ka期间研究区逐渐干旱化的气候历史,记录了末次冰期以来该地区古气候环境的演变过程。     

环境磁学在古气候环境研究中的回顾与展望

基于磁性矿物的性质变化能敏感记录现在和地质历史时期的气候环境变化信息,环境磁学方法能鉴别环境演化过程中磁性物质在大气圈、水圈和岩石圈中运移、沉积和转化的过程,系统介绍了沉积物中磁性矿物的特征和鉴别方法以及主要的环境磁学参数和意义,着重回顾了环境磁学在以黄土、湖泊和海洋沉积物为载体的古气候环境研究中的应用及其取得的重要进展,指出了环境磁学在古气候环境研究过程中要加强多磁学参数综合应用,促进地质记录和磁学指标之间的定量研究,有利于理解不同沉积物的磁性矿物特征和环境变化过程的相关关系。同时强调沉积物还原成岩作用过程的环境磁学研究是目前以至今后发展的一个重要方向。     

中国东部南北方过渡带淮河半湿润区全新世气候变化

淮河流域位于中国东部的南北方过渡带, 属于半湿润区气候环境, 这里既有冬季风从北方干旱半干旱区携带而来的粉尘堆积, 又有江淮地区特有梅雨天气, 但与北方干旱半干旱区和南方湿润区均存在着差异, 因此其古气候环境变化对于理解东亚古气候格局具有十分重要的意义, 然而由于缺乏合适的材料, 对淮河流域古气候的研究一直是全球变化研究中空白地区。本文针对襄城的一个全新世黄土-古土壤连续剖面, 根据粉尘沉降动力学原理, 利用粉尘搬运距离、风力强度、春季近地面气温和有效湿度等几个半定量和定性指数, 分析了淮河流域的全新世气候波动特征, 结果表明:1)淮河半湿润区与北方干旱半干旱区的湿度变化总体有反向波动趋势。大约7.0~3.8ka B.P. 是北方粉尘源区的全新世适宜期, 而在淮河流域环境只有小幅改善。淮河流域的适宜期在大约3.8~1.8ka B.P. 期间, 晚于北方干旱区。2)淮河流域全新世时期冬季风强度一直在持续减弱, 而有效湿度一直在持续增加。大约1.8ka B.P. 以来形成的黄土层是因粉尘源区扩展所致, 并非因冬季风加强。3)淮河流域这种异于北方干旱半干旱区的全新世气候特征是由于印度季风减弱、西太平洋副高西伸增强造成江淮地区梅雨加强, 同时也是淮河地区冬季风减弱致使梅雨带北移的共同作用所造成的。     

黄土的显微结构与古气候的关系

黄土的显微结构特征是黄土粉尘物质堆积之后在特定气候条件和特定自然地理环境中形成的。我国黄土高原晚更新世黄土的显微结构特征反映出晚更新世黄土形成时西北部干旱而东南比较湿润的气候状况,与现今高原区的气候环境区域性变化相一致。根据黄土的显微结构特征,并考虑到黄土的主要化学成分以及磁化强度,黄土高原区晚更新世黄土自西北而东南可以划分为呈逐渐过渡关系的弱风化成土黄土、中等风化成土黄土、较显著风化成土黄土和显著风化成土黄土,它们分别是在干旱、半干旱、半干旱—半显润和半湿润的气候环境中形成的。     

陕西渭南晚冰期时的环境与气候──蜗牛化石的证据

通过对关中盆地渭南地区晚冰期时黄土地层中陆生软体动物──蜗牛化石的系统研究,划出了３个蜗牛化石组合带,代表了３种不同的气候环境。通过对２２个黄土样品中的蜗牛化石组合、１４种蜗牛化石含量的对应分析,建立了晚冰期时的气候因子变化曲线,与植物硅酸体研究结果比较,两者有很好的一致性。晚冰期时,渭南地区的气候经历了温凉、偏湿－寒冷、干旱－短暂变暖－冷、干的变化过程,环境经历了半干旱、半湿润草原－干旱草原、荒漠草原－干旱草原的发展过程。在１４０００ａＢ．Ｐ．前后有一气候转暖期,预示着黄土高原末次冰消期气候转暖的开始。     

乌伦古湖全新世气候变化的环境磁学记录

对位于新疆北部阿勒泰地区福海县的乌伦古湖WLG10C孔岩芯进行了环境磁学分析,以平行孔(WLG10B) AMS 14C 测年为年代框架,重建了该地区全新世以来气候环境变化。结果显示: 1)乌伦古湖磁性矿物以细颗粒亚铁磁性矿物为主,并含有少量不完整反铁磁性矿物和富铁绿泥石类粘土顺磁性矿物,磁学参数XARM和XARM/X可用作气候变化代用指标,记录了研究区气候环境变化; 2)研究区在全新世早期(7300cal.aB.P.以前)为冷干气候,中、晚全新世(7300cal.aB.P.以来)为暖湿气候。在4600cal.aB.P.左右为该湖高湖面时期,在3500~2500cal.aB.P.之间存在与全球范围一致的突发冷事件。乌伦古湖全新世气候变化与周边环境记录较一致,气候变化模式符合中亚干旱区全新世气候变化西风模式。     

西昆仑山黄土的岩石磁学特征及其磁化率增强机制

成壤过程中形成的细颗粒的软磁性矿物被认为是导致古土壤磁化率增加的主要原因。但近来的研究表明,在一些地区,尤其是靠近沙漠边缘的黄土-古土壤序列,源区对黄土磁化率的影响要远大于成壤作用。因此,有必要对不同地区、不同环境条件下的典型黄土堆积进行详细的岩石磁学研究。日前,我们在西昆仑山北侧钻取了一根长达671m的岩芯,这为研究极端干旱区黄土的岩石磁学性质提供了难得的契机。本文对第一期黄土钻探得到的207m岩芯进行了详细的岩石磁学研究,结果表明: 昆仑山黄土的主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿,同时还含有少量的针铁矿、赤铁矿;  该地区磁化率的变化主要受源区粗颗粒的软磁性矿物含量的影响,成壤作用形成的细颗粒磁性矿物对磁化率的贡献极小;  磁化率、粒度在0.5Ma左右急剧升高和变粗,主要与气候干旱化加剧有关。     

11万年来河西走廊东部黄土沉积记录的百年分辨率东亚冬季风变化

在河西走廊东段的祁连山北麓与腾格里沙漠交接地带发育的较大范围的黄土堆积为探讨东亚夏季风西北缘的古季风演化提供了不可多得的天然素材。本研究利用甘肃武威沙沟剖面32.2 m的黄土-古土壤序列作为研究对象,开展了光释光测年和高分辨率的岩石磁学、环境磁学和全岩粒度分析,重建了该地区11万年来的古季风演化历史,并探讨了其驱动机制。结果表明：1)该剖面11万年来连续沉积的黄土-古土壤序列与邻近古浪剖面同期地层的全岩粒度表现出完全的可比性,二者的沉积速率均达30 cm/ka以上,记录了东亚夏季风西北缘千百年分辨率的气候快速变化特征;2)磁粒度参数Mrs/Ms和Hcr/Hc与中值粒径间良好的线性相关表明,研究区黄土磁学特征主要受控于冬季风强度主导的"wind vigor"模式;3)全岩粒度和磁粒度参数均记录了完整的Dansgaard-Oeschger旋回和Heinrich事件,表明北半球高纬气候对黄土高原西北边缘气候的深远影响和中-高纬北半球气候显著的遥相关过程,而由北大西洋经向翻转环流强弱所引起的北极海冰变化可能是导致东亚冬季风强度变化的最直接原因。     

中国第四纪黄土环境磁学研究进展

中国黄土分布广泛、沉积连续性好,是进行磁性地层研究和重建古环境、恢复古气候的理想材料。中国黄土高原黄土—古土壤序列的环境岩石磁学性质详细地记录了2.5 Ma BP以来古气候和古环境变化的信息,尤其是黄土和古土壤的磁化率作为很好的气候代用指标已得到广泛应用。古土壤磁化率增强成因机制一直在争论中,其中,与气候变化关系密切的成壤作用对古土壤磁化率增强起主导作用的观点已被普遍接受,目前利用不同方法建立了磁化率气候转换函数,从而使重建古降水量和古温度成为可能。     

黄土高原-阿拉善高原典型断面表土磁学特征研究

在黄土高原-阿拉善高原区域沿接近降水量最大梯度线方向系统采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,详细研究了其环境磁学、粒度和有机质含量等环境替代指标的变化特征。结果表明,整个断面表土中的强磁性矿物主要为磁铁矿和磁赤铁矿,并含有赤铁矿。阿拉善高原表土中磁性矿物颗粒多为多畴(MD),总体含量偏低,磁性矿物中硬磁组分含量较高;黄土高原区表土中磁性颗粒多为准单畴(PSD),总体含量偏高,磁性矿物中软磁组分含量较高。进一步分析发现,在干旱地区,频率磁化率与降水有良好的相关性,而常用的磁化率不能较好地反映降水量变化。本研究指示在干旱地区应用单一磁化率指标解释环境变化需要谨慎。     

李希霍芬与黄土的风成学说

第四纪古气候重建在最近半个世纪的时间里取得了前所未有的进展,这在很大程度上与对陆相黄土地层,特别是中国黄土-古土壤序列的研究,以及对深海沉积氧同位素的研究密不可分。现在我们已经可以在黄土-古土壤序列的基础上,建立起260万年来地球轨道尺度的古气候变化。一个不容否认的事实是,这些进展都是在黄土风成成因的基础上,结合土壤地层学、年代学、磁性地层学、古生物学等方面的进展逐渐发展起来的。只有解决了黄土的风成成因,才可能将堆积于各地的黄土,通过搬运粉尘的风力系统与区域、甚至全球的古气候变化联系起来。文章回忆了黄土的早期研究历史,回顾了黄土风成成因的奠基人李希霍芬教授在黄土成因方面的杰出贡献以及其后黄土成因的完善与发展。     

中国黄土环境磁学

中国陆相风成沉积序列蕴含了晚新生代以来丰富的古地磁场和古气候信息.第四纪黄土-古土壤序列的岩石磁学性质可以揭示第四纪亚洲内陆地区干旱化过程和东亚古季风演化历史以及末次冰期-间冰期旋回的气候不稳定性特征.文章主要评述近年来中国黄土环境磁学研究所取得的一系列重要进展,同时提出目前需要深入研究的几个重要问题,如成土作用对黄土沉积物沉积剩磁的影响、微生物对磁性矿物的改造、亚洲内陆地区气候过程和环境演变的磁气候学记录等.     

中国黄土磁性矿物特征及其古气候意义

最直观、最直接的古气候记录莫过于陆相黄土地层,它由许多黄土和古土壤层叠覆而成,详细地记录了第四纪以来的古气候变化。黄土高原中部黄土和古土壤的风化和发育程度可以用磁学参数,如磁化率等来描述。本文作者对甘肃西峰剖面约13万年以来的黄土地层做了详细采样,测量其磁滞回线各参数,频率磁化率、低场和高场磁化率、温度磁化率、磁组构等参数。研究表明,黄土与古土壤中的磁性矿物组分相似而且稳定。磁铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿(主要是磁铁矿)的含量及其颗粒大小决定了它们的磁学特征。黄土和古土壤的磁学性质差别主要受成土过程中形成细小磁铁矿的影响。     

印度德干高原Panchgini地区黄土性质初探

黄土是陆地上分布较广、沉积连续的第四纪沉积物,在古气候和全球变化研究中发挥了重大的作用。本文对印度德干高原Panchgini地区黄土进行了地球化学和地球物理学研究,测试了常量元素、稀土元素(REE)、粒度以及系统的环境磁学等参数。实验结果表明:德干高原Panchgini地区黄土与典型风积黄土的粒度组成相似,表明它们具有相似的成因;此外,常量元素含量和稀土元素分配模式都与中国典型黄土相似,上述证据不仅明确了该地区黄土的存在,也表明它们拥有相似的物质来源模式和沉积过程;系统的环境磁学测量表明Panchgini地区黄土中主要的强磁性矿物为磁铁矿,弱磁性矿物为针铁矿和赤铁矿,同时存在一部分顺磁性物质,磁性矿物粒径整体较粗,粒级主要集中在假单畴(PSD)和多畴(MD)之间。     

Holocene environmental change inferred from the loess–palaeosol sequences adjacent to the floodplain of the Yellow River, China

Chinese loess deposits are generally considered to be the product of dust storms and dust falls from the central Asia arid zones that were transported across China by the northwesterly continental monsoon. In contrast, the Zhengzhou Loess found southeast of the Loess Plateau, adjacent to the floodplain of the Yellow River, records a different eolian regime and dust source. The Zhengzhou Loess was investigated by field observations, measurements of magnetic susceptibility, particle-size distribution, loss-on-ignition, CaCO₃ and chemical contents. Both field observations and the laboratory results indicate that, during the last glacial, the Zhengzhou Loess was supplied by two different eolian regimes and dust sources, one was from the fresh flood deposits of the Yellow River driven by the northeast winds from the low-lying floodplain, and the other was from the dust storms and dust falls that traveled across the Loess Plateau driven by the northwesterly continental monsoon from the central Asian arid lands. The early Holocene, 11,500–8500 a BP, was a transition during the change in eolian regime and dust source because of the weakened northwesterly monsoon along with the global climatic amelioration. Following the retreat of the northwesterly monsoon from the onset of the mid-Holocene Climatic Optimum at 8500 a BP, dust supply from the drifting sand zone on the Yellow River floodplain became dominant because of the intensified strength of the northeast winds from the Bohai Sea. From 3100 a BP onwards, climatic aridity and extensive human disturbance have resulted in intensive eolian processes causing the incursion of the drifting sand into the Zhengzhou Loess zone. These results show that loess accumulation is more complex than traditionally assumed. The origin of loess deposits elsewhere outside the Loess Plateau may be related to dust sources derived from alluvial sediments of major river systems.     

青藏高原东缘湖相沉积和黄土高原黄土沉积磁化率与粒度相关性对比*

为探讨构造稳定地区(如黄土高原)和构造活跃地区(如青藏高原东缘)粉尘沉积物中磁化率(SUS)与粒度的相关性及其对环境事件的指示意义,本次研究分析了黄土高原蓝田剖面黄土—古土壤样品和青藏高原东缘湖相沉积样品的粒度和磁化率记录。黄土高原黄土—古土壤沉积SUS与2~10 μm粒度组分最强正相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与2~10 μm粒度组分最强负相关,反映2~10 μm粒度组分为黄土高原和青藏高原乃至亚洲干旱—半干旱地区连续稳定敏感的背景沉积组分。黄土高原黄土—古土壤沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强负相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强正相关,反映32~63 μm粒度组分不仅是黄土高原尘暴事件沉积的敏感指标,也是青藏高原东缘湖相沉积记录的地震事件敏感指标。SUS与粒度组分的相关性在青藏高原东缘地区地震事件层开始部分高于结束部分,也较好地反映地震事件为研究区添加新鲜沉积物后随地形地貌恢复逐步减少的过程。SUS与粒度组分相关性也受当地物源的影响。     

青藏高原东缘湖相沉积和黄土高原黄土沉积磁化率与粒度相关性对比*

为探讨构造稳定地区(如黄土高原)和构造活跃地区(如青藏高原东缘)粉尘沉积物中磁化率(SUS)与粒度的相关性及其对环境事件的指示意义,本次研究分析了黄土高原蓝田剖面黄土—古土壤样品和青藏高原东缘湖相沉积样品的粒度和磁化率记录。黄土高原黄土—古土壤沉积SUS与2~10 μm粒度组分最强正相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与2~10 μm粒度组分最强负相关,反映2~10 μm粒度组分为黄土高原和青藏高原乃至亚洲干旱—半干旱地区连续稳定敏感的背景沉积组分。黄土高原黄土—古土壤沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强负相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强正相关,反映32~63 μm粒度组分不仅是黄土高原尘暴事件沉积的敏感指标,也是青藏高原东缘湖相沉积记录的地震事件敏感指标。SUS与粒度组分的相关性在青藏高原东缘地区地震事件层开始部分高于结束部分,也较好地反映地震事件为研究区添加新鲜沉积物后随地形地貌恢复逐步减少的过程。SUS与粒度组分相关性也受当地物源的影响。