若尔盖高原全新世气候序列的类脂分子化石记录*

基于可靠的年代标尺,结合青藏高原泥炭沉积剖面的有机碳、孢粉等相关资料,首次在该区利用类脂分子化石指标建立了全新世以来的气候与环境演化序列。结果表明,正构烷烃、脂肪酸和脂肪醇等类脂分子化石指标存有意义的规律性变化。其中,反映低等菌藻生物和高等植物相对变化的轻组分与重组分之比L/H以及平均碳链长度ACL具有很好的古气候意义,即L/H高,ACL低,指示气候偏暖湿;L/H低,ACL高,指示气候偏干冷。各个类脂分子化石指标记录的气候信息在细节上具有一定的差异,可能是不同类脂物分子的地球化学行为和生物组成结构的不同以及对气候因素温湿组合变化响应各异的体现。同时,也较好地揭示了类脂分子化石具有自己的敏感性,在细节上较传统的有机碳指标在记录气候信息上更为敏感。该研究进一步突出了这些泥炭类脂分子化石在第四纪研究中的重要地位和应用潜力。     

中国全新世分区气温序列集成重建及特征分析*

按照气温变化规律将中国气温变化划分为东北、华北北部、华东华南、华南、陕甘宁、川黔桂、新疆和滇藏高原区等8个分区。搜集有确切年代和气温数值的古气温记录1397条,以8个分区为单元进行整理,以日历年时间为坐标系,采用单样本区域订正—多样本平均集成法重建了东北、华北北部、华东华南、华南和滇藏高原区的全新世200 a分辨率连续集成气温序列。结果表明：5条分区连续气温序列与所在区域的高分辨率环境记录变化趋势基本一致,主要的百年尺度冷暖事件有较高的可比性;5条分区连续序列指示全新世气温变化可以分为明显的早期升温、中期大暖期和晚期变冷3个阶段;气温变化幅度区域差异较大,但主要的冷暖事件基本一致,暖期盛期发生在8～6ka BP,当时滇藏高原约比现代高2℃,东北高出3℃,华北北部高1.5℃,华东华南接近1℃,华南区仅高出0.5℃;主要冷事件发生在9.2、6.2、4.0和0.4 ka BP,其中,4.0 ka BP冷事件规模较大,滇藏高原、东北、华北北部、华东华南和华南区降低幅度分别为1.5、2、1、0.5和0.5℃。全新世期间各分区气温变化幅度也表现出纬度从北向南、海拔从高到低、气温变化幅度依次递减的特征。     

青藏高原中、东部全新世以来多年冻土 演化及寒区环境变化*

古冻土存在的依据和判别标志主要是古冻土遗迹(深埋藏多年冻土层、古冻土上限、融化夹层、厚层地下冰)和古冰缘现象(古冻胀丘、古融冻褶皱、砂楔、土楔、冰楔假型、风成沙丘、黄土层、厚层泥炭和腐殖质层等)。文章结合大量的测年数据,利用古代和现代冻土以及冰缘现象的时空分布差异综合分析对比,将全新世以来青藏高原多年冻土演化过程和环境变化划分为6个较明显的时段:早全新世的气候剧变期(10800aB.P.至8500~7000aB.P.)、中全新世大暖期(8500~7000aB.P.至4000~3000aB.P.)、晚全新世寒冷期(4000~3000aB.P.至1000aB.P.)、晚全新世温暖期(1000aB.P.至500aB.P.)、全新世末小冰期(500aB.P.至100aB.P.)及近代升温期(100aB.P.至今);同时,概述了各时段高原冻土的发育条件、分布范围及总面积,和当时高原上的古气候、古地理环境。     

东昆仑断裂带西大滩段全新世古地震研究*

对东昆仑断裂带西大滩段进行了断错地貌填图和古地震探槽揭露,共揭露出6次古地震事件,它们的年龄分别为10302±651aB.P. , 8650±500aB.P. , 7160±506aB.P. , 2830±170aB.P. , 1985±121aB.P.和1540±92aB.P. ;古地震重复间隔分别为1652±820a,1490±711a,4330±534a,845±209a和445±152a。研究发现,西大滩段全新世古地震活动具有丛集现象和重复间隔时间的分段性,第1丛集期在10300~7100aB.P.期间,平均重复间隔1571±543a,第2丛集期在2800~1500aB.P.期间,重复间隔400~800a左右,平均重复间隔645±129a,两个丛集期间隔4300a。西大滩段全新世地震活动规律对昆仑山地区未来地震危险性评估具有重要意义。     

基于中等复杂地球系统模式的全新世 气候突变事件模拟试验*

全新世暖湿气候背景下的代表性气候突变是发生在约8.2kaB.P. 和4.2kaB.P. 的气候突然变冷变干的事件。对于气候突变事件的出现,海洋环流被普遍认为是其中的关键环节。科学家们利用不同类型的气候模式进行过个例和机理模拟试验,但还未能对气候突变机理做出合理的解释。本研究使用一个中等复杂程度的地球系统模式EMIC ( Earth-system Models Intermediate Complexity) MPM-2,模拟研究了全新世气候背景下北大西洋区域,淡水强迫机制作用对温盐环流以及全球气候的可能影响、气候系统响应和恢复时间特征以及南北半球的差异。模拟结果表明海洋对北大西洋淡水通量异常的强度响应敏感,海洋环流对热量和盐份的输送与淡水通量异常强度之间的平衡决定了温盐环流能否对淡水强迫产生不可逆转变,当淡水通量异常达到某一阈值后可能引起海洋和气候平衡态的改变。同时还发现,在气候变化过程中,两次淡水通量异常对海洋和大气系统的强迫作用是不同的,首次淡水通量异常对气候平衡态的影响要远大于其后的淡水通量异常。模拟结果还表明,北大西洋海洋的异常状况可以通过海洋、大气等各圈层相互作用传递到不同圈层和空间区域,在南北半球出现不同的响应特征。上述模拟结果对于认识全新世气候变化特征、不同突变事件之间的关系及其对现代气候的可能影响具有启发意义。     

亚洲中部干旱区全新世气候变化的西风模式* ——以新疆博斯腾湖记录为例

位于受西风环流显著影响区的我国最大内陆淡水湖——新疆博斯腾湖提供了全新世亚洲中部干旱区气候变化的可靠记录。对该湖钻探岩芯、沉积年代以及孢粉、碳酸盐含量、粒度等代用指标分析结果表明,末次冰消期到全新世早期湖泊干涸,风砂沉积盛行,气候干旱;约8cal.kaB.P.以来现代湖泊形成,气候相对湿润,其中,约6.0~1.5cal.kaB.P.期间代用指标A/C值指示的流域湿度增加,盘星藻指示的湖泊深度最大,全新世最湿润时段发生在中晚全新世。博斯腾湖记录的早全新世干旱和中晚全新世湿润的气候框架得到中亚其他较高分辨率湖泊记录的支持,具有普遍性。亚洲中部西风影响区这一全新世气候变化框架与亚洲季风区早中全新世夏季风强盛、中晚全新世季风衰落的变化模式显著不同,具有近似反相位(out of phase)变化特征。广大中亚内陆干旱区中晚全新世湿润气候不大可能是东亚季风深入内陆造成的,更可能是通过西风环流与高纬度北大西洋相联系,其驱动机制需要更深入研究。     

岱海沉积记录的季风/干旱过渡区全新世适宜期特征*

岱海两支岩芯独立的高分辨率代用指标序列揭示了季风/干旱过渡区全新世适宜期的气候环境特征。研究表明,在约7.9~3.5kaB.P.期间,岱海流域出现植被繁盛、生产力相对增强和降水丰富的状况,显示气候条件相当适宜;而在约10.0~7.6kaB.P. 期间,流域气候以相对干燥为特征。这与早先认为的岱海流域全新世初期为适宜期,且降水丰富的结果明显不同。比较岱海与鄂尔多斯-内蒙古高原中部其他湖沼记录,季风/干旱过渡区的气候适宜期基本集中在约8~3kaB.P.的全新世中期,尽管各记录在适宜期的起止时间、表现特征上存在一些差异。这些差异的产生,一方面可能体现了不同的局地地形、植被、水文条件等对区域水热条件的不同反馈,另一方面则可能暗示不同的沉积序列、测年材料之间难以进行精细的对比。沉积序列的连续性、稳定性及高分辨率、测年材料的适用性是进行全新世气候、环境特征研究的前提。     

绰墩农业遗址中存在中全新世水稻土的新证据*

前人研究认为,在长江下游地区绰墩农业遗址的全新世地层中存在2个古水稻土层,但到目前为止尚缺乏土壤化学和物理学方面的证据。为了寻找土壤学证据,在江苏省昆山市绰墩遗址P-01垂直剖面中连续采集了12个样品,分别测定了全氮(TN)含量、总有机碳 (TOC) 含量、粒度组成、质量磁化率以及粘土矿物组成。结果显示,从剖面底部(200cm)到100cm处和从57cm处到现代土壤表层,TOC,TN,TOC/TN比值、高岭石含量以及高岭石/伊利石(K/I)比值两次出现逐渐升高的趋势,而且它们的曲线形态基本一致。这些特点有可能说明P-01剖面中包含着两次成壤过程:第1次形成了古土壤层(160~100cm),第2次形成了现代水稻土(57cm~现代土壤表层)。但TOC和TN以及水稻植硅石资料不支持在深度57~42cm段存在古土壤的观点。从200cm到130cm处,磁化率和粘粒含量有逐渐降低的趋势,说明此处具有长期淹水的特征。现代水稻土的研究表明,水稻田排水过程中可能使部分粘粒被带走流失。因此,粘粒含量从200cm到130cm处逐渐降低的趋势可能与中全新世的人工排水有关。研究资料与考古学、孢粉学和植硅体资料共同说明,该古土壤层(160~100cm)很可能是古水稻土。古水稻土的确认将为农业考古和古环境变化研究提供有利的条件。     

中全新世持续近600年的湖北神农架石笋年纹层*

根据湖北神农架青天洞QT9石笋ICP-MS测年和纹层计数结果,建立了约6.7~6.1kaB.P.期间连续发育近600年石笋年纹层时间序列。年纹层厚度平均300μm,在数十年尺度上,变幅达350μm。在紫外、透射和反射3种光照条件下,年纹层呈现基本对应的季节性反差特征。年纹层厚度与原始灰度序列在数十年尺度旋回上呈现较为一致变化规律,表明暗色物质与年层生长速率共同响应于某一洞穴气候环境因子。基于中国东部不同气候期洞穴石笋年层具有的显微结构共性研究,推测这一共性是洞穴外部气候要素与洞穴内部环境耦合作用的结果。年层厚度与原始灰度两个序列的功率谱分析揭示50a,24a,9.1a以及2~7a等周期成分,其中,5.9a,4.2a和3.3a共同周期的存在,暗示中全新世存在不同频率的ENSO事件。     

猪野泽记录的季风边缘区全新世中期 气候环境演化历史*

通过季风边缘区石羊河古终端湖猪野泽QTL剖面年代学及沉积物粒度、碳酸盐、有机碳、碳氮比和有机质稳定同位素等多项气候代用指标的综合分析,建立了季风边缘区9~3cal.kaB.P. 的古气候演化序列。结果表明,9cal.kaB.P. 到7.8cal.kaB.P. 期间,流域的水分条件和温度逐渐上升,植被状况好转,此时气候逐渐转暖湿;而在7.8~7.5cal.kaB.P. 出现了显著的百年尺度的干旱事件,沉积物主要以砂质沉积为主,此时湖泊生产力显著下降;全新世期间最为暖湿的气候适宜期出现在7.5~5.0cal.kaB.P.;约5.0cal.kaB.P. 以来,该区域出现了较为明显的干旱化趋势。另外,对猪野泽地区的白碱湖的湖泊地貌学和年代学研究表明该区域在7.5~5.0cal.kaB.P. 出现了3次高湖面,并且湖岸堤时序变化指示了全新世后半期湖泊逐渐退缩的过程进而指示该区域出现了显著的干旱化趋势。     

关中地区的新石器古文化发展与古环境变化的关系

气候环境变化作为影响或制约古文化发展、演化的重要因素,虽然经常受到质疑,但依然被越来越多的考古工作者,包括一些古气候学者所接受。关中地区是我国古代文明重要的发源地之一,为探讨气候环境变化与古文化演化之间可能存在的联系提供了条件。本文对已有很好研究基础的渭南全新世黄土剖面的孢粉、植硅体、蜗牛化石及磁化率和粒度记录进行综合分析,研究得出该区全新世以来有3次突出的气候温暖湿润期（9000～7300aB.P.,6800～5500aB.P.和4500～4300aB.P.）和3次明显而短暂的寒冷干旱期（7300～6800aB.P.,5500～5000aB.P.和约4000aB.P.）。温暖湿润气候期与关中地区的老官台（8000～7000aB.P.）、仰韶（7000～5000aB.P.）、龙山（5000～4000aB.P.）等文化繁盛期几乎是同步的,而发生在7300～6800aB.P.,5500～5000aB.P.及4000aB.P.前后的寒冷干旱气候环境,不是简单的气候冷暖变化,而是影响了生物、水、大气等表生地球系统的气候变化事件,改变了该区的植被类型和生物群落的变迁,这3次气候变化事件时间上大致对应了老官台-仰韶-龙山-夏商文化交替的时间。然而,根据目前的气候记录及时间分辨率还难以判断更次一级的气候环境变化与各文化期不同文化类型变化之间的关系。对关中地区泉护遗址植硅体的分析显示,4500aB.P.以来水稻含量的增加与气候变干的趋势并不一致,推测可能与古人利用渭河水资源种植水稻有关。研究认为关中地区气候环境变化与文化发展之间的关系,有一定的规律可寻,但是由于目前对古气候-古环境变化的幅度、详细的考古文化性质的认识不足,以及时间分辨率和年代学的限制,还无法确切说明什么程度的气候环境变化对哪些文化类型通过什么机制产生了何种程度的影响。     

罗布泊地区晚冰期至中全新世气候特征及气候波动事件

本文对罗布泊深220cm的DHX剖面沉积物元素、粒度、TOC（总有机碳）、C/N（总有机碳/总有机氮）分析。利用AMS ¹⁴C测年结果建立年代框架,探讨了晚冰期至中全新世环境演变特征及气候快速变化事件。结果显示气候环境经历了5个演变阶段：1）晚冰期（12.8~11.4cal.ka B.P.）罗布泊地区以物理风化为主,气低温,流水携带外来有机质少,湖泊水动力小。这可能是太阳辐射低、热带辐合带（ITCZ）纬度位置较低形成的。2）全新世11.4~9.6cal.ka B.P.期间,罗布泊地区以化学风化为主,流水携带外来有机质增加,气温升高,气候暖湿。这可能是夏季太阳辐射高,冬季太阳辐射低,热带辐合带位置北移,导致全年冰雪融水或山地降水增加、蒸发少,全年水分盈余,气候湿润。3）9.6~8.2cal.ka B.P.期间以化学风化为主,流水携带外来有机质减少,各指标指示湖泊水位波动明显,这可能是热带辐合带位置波动的结果。4）8.2~6.7cal.ka B.P.期间气候暖湿,以化学风化为主,此时段热带辐合带北移,季风仍较强,罗布泊源区昆仑山受其影响降水多,罗布泊来水增加气候相对湿润。5）6.7~5.5cal.ka B.P.期间水动力增加,气候逐渐变干,这可能是热带辐合带南移,夏季太阳辐射降低,冰雪融水量减少,冬季太阳辐射增强蒸发量增加引起的。其中,罗布泊大约在11.0cal.ka B.P.、10.0cal.ka B.P.、9.3cal.ka B.P.、8.4cal.ka B.P.、7.0cal.ka B.P.和5.8~5.5cal.ka B.P.期间出现了一系列气候干旱事件。罗布泊DHX剖面记录的这些气候事件在本区及其他地区也被广泛记录,并与格陵兰冰芯及北大西洋地区降温、热带辐合带南移、季风减弱一致,反映了此区在响应全球变化过程中既有区域特点,也有广泛的一致性特征。说明罗布泊地区对全球环境变化非常敏感并受控于全球变化。

     

孢粉记录的青藏高原东北部更尕海地区中晚全新世植被和气候变化

青藏高原现代季风边缘区中晚全新世气候重建存在较大的差异,对位于青藏高原东北部共和盆地更尕海的GGHA孔岩芯进行了孢粉分析(平均分辨率为80年,最高分辨率约10年),重建了过去6.3ka以来区域植被和气候的演化历史。6.3cal.ka B.P.以来盆区广泛发育以蒿属、藜科和禾本科为主的荒漠植被,以及一定面积的以禾本科和蒿属为主的草原植被,其中:1)6.3~5.6cal.ka B.P.,盆区周围山地发育有少量以松属为主的针叶林,此时夏季风较强,低A/C值指示湖区相对湿度偏低,但湖区周围仍有小面积沼泽草甸发育;2)5.6~4.1cal.ka B.P.,乔木花粉含量显著降低表明周围山地森林面积逐渐减小,至4.1cal.ka B.P.山地森林已衰退消失,盆区草原和荒漠面积有所扩大,莎草科花粉含量低指示湖泊周围沼泽草甸面积缩小,A/C值指示总体湿度有增加趋势;3)4.1~3.1cal.ka B.P.,周围山地森林不再发育,湖区湿度剧烈波动,湖泊周围沼泽草甸发育停滞;4)3.1cal.ka B.P.以来,蒿属和莎草科含量呈下降趋势,A/C值逐渐降低指示干旱化程度加深,以藜科为主荒漠草原面积增加并伴随以禾本科和蒿属为主的草原面积减小,麻黄和白刺含量有所增加,说明研究区气候较前一阶段更加干旱。中晚全新世以来盆区气候和盆区周围山地森林的衰退可能与夏季太阳辐射的降低以及与之相关的亚洲夏季风减弱有关。     

新疆巴里坤湖全新世环境记录及区域对比研究

选择位于西风环流显著影响区的巴里坤湖作为研究对象,采用14C测年建立了巴里坤湖沉积剖面约9400cal.aB.P.以来的时间序列。对该湖泊剖面沉积物的矿物X射线衍射、自生碳酸盐稳定同位素、碳酸盐含量和粒度指标的综合分析表明,9400cal.aB.P.以来,巴里坤湖地区的气候环境变化大致经历了冷干（9400～7400cal.aB.P.）-暖湿（7400～5900cal.aB.P.）-暖干（5900～3100cal.aB.P.）-凉湿（3100～1100cal.aB.P.）-冷干（1100～500cal.aB.P.）-暖干（500cal.aB.P.以来）的气候变化过程,该过程基本上同周边区域的气候环境变化记录相一致。在3800cal.aB.P.左右,北疆地区的几个典型湖泊沉积记录序列都指示该时期气候环境发生了较为明显的转折,可能暗示了这一时期亚洲中部干旱区（至少在北疆地区）大气环流状况发生了重大调整。     

陕西省洛川凤栖镇离石黄土下部层位渗透性研究

通过对洛川凤栖镇L₁₂～S₁₅土层8个层位16个实验点的入渗实验,研究了离石黄土下部层位的入渗特征。结果表明,洛川凤栖镇离石黄土下部层位黄土层的渗透系数较大,L₁₂,L₁₃,L₁₄和L₁₅这4个层位的平均值为0.90mm/分;  古土壤层的渗透系数较小,S₁₂,S₁₃,S₁₄和S₁₅的4个层位的平均值为0.35mm/分。L₁₂,L₁₃和L₁₅黄土层含水空间发育较好,利于构成含水层;  S₁₂,S₁₃,S₁₄和S₁₅古土壤层含水空间发育弱,利于构成隔水层。上覆总厚70余米的土层重力作用没有改变洛川离石黄土下部黄土层作为含水层和红色古土壤作为隔水层的基本特性,它们的水理性质仍是受沉积时的气候条件和成壤作用的强弱控制。古土壤层也具有一定的渗透性,这是黄土地下水常常具有多层性的原因,也是造成黄土地下水分散、含水层富水量少的主要原因。离石黄土下部黄土层含水空间发育好和利于构成含水层主要是当时冷干的气候决定的,红色古土壤含水空间发育弱和利于构成隔水层主要是当时温湿的气候决定的。将洛川黄土渗水实验数据用3种入渗公式分别进行拟合得出,常用的通用经验公式和考斯加科夫公式基本适用于描述洛川凤栖镇离石黄土下部层位的入渗规律,通过计算获得的2个经验公式各参数的均值和标准差为水文和农业部门应用黄土入渗经验公式提供了重要参考值。研究还揭示,第四纪环境变化理论研究在黄土水资源开发利用方面有重要应用价值。可以根据黄土与古土壤的成壤强弱判别地下水富集规律和富集层位。成壤强、隔水性好的古土壤层和其上的成壤作用很弱、含水空间发育好的黄土层是很好的地下水含水组合,最利于地下水的富集;  成壤作用弱、隔水性差的古土壤和其上厚度小、受风化成壤作用相对较强的黄土层是较差的含水组合,不利于地下水的富集。     

粘土矿物在黄河源区古气候研究中的应用

沉积物中粘土矿物的组成具有一定的古气候指示意义。利用沉积物中粘土矿物的组成探讨了黄河源区全新世的古气候变迁。通过X衍射方法分析了一个全新世地层剖面的粘土矿物类型和含量的变化,这些粘土矿物主要由伊利石、伊蒙混层矿物和少量的高岭石、绿泥石组成。对粘土矿物含量变化的分析和对比研究表明,黄河源区在全新世的气候寒冷干燥,即使在大暖期也显得温凉。全新世的气候演变可划分为3个阶段,即早全新世的干冷期、中全新世的温凉期(大暖期)和晚全新世的干冷期。在大暖期,在7 0kaB P 和5 0kaB P 前后发生了两次较强的降温事件。     

气候变化对南极海洋性气候区土壤发生与演变的影响

南极海洋性气候区明显的气候变化已经对独特但脆弱的陆地生态系统构成严重影响。作为陆地生态系统中关键的环境要素之一,土壤的发生、发育与演化过程对气候变化同样敏感,其响应结果通过气候变化对成土因素的影响间接表现出来。首先,南极海洋性气候区日益加速的气候变暖现象导致冰川消退、地表积雪融化,为土壤形成与分布提供了母质与空间基础;同时,气候变暖导致自由水活动在时间和空间上的加强促进了以自由水为基础的土壤过程和冰缘地貌过程,对南极海洋性气候区土壤发生、发育产生深刻影响。低等植物对气温升高的响应主要表现为物种数量增加、生境拓展、群落结构演变、初级生产力与生物量提高,从而对土壤有机质积累过程以及土壤有机质结构与性状产生重要影响。气候变化与地壳运动等环境因素的变化对海洋脊椎动物的活动影响巨大,而动物活动直接影响海洋性有机质进入土壤与陆地生态系统的途径与数量;同时,动物栖息地的变迁与海岸及附近地区土壤景观演变密切相关。为了准确判断和预测一段时期内气候变化对南极海洋性气候区域土壤形成与演化影响的规模、程度与速率,对各种成土因素在气候变化背景下响应与反馈机制、以及与土壤过程之间相互作用机理方面的研究工作亟需开展。     

非冰期突然气候变化与太阳变化

本文试图介绍发生在非冰期,主要是全新世的突然气候变化研究所取得的进展,包括山地冰川和深海沉积物所记录的全新世突然气候变化,季风和干旱气候突然变化,以及突然气候变化与太阳变化的关系。太阳变化对整个全新世气候变化的影响似乎正愈来愈明晰起来。     

中上新世气候增暖的归因分析

中上新世是古气候研究领域的重要时期,研究此时期气候能为理解地球气候系统和预估未来气候变化提供帮助。利用美国国家大气研究中心研发的通用气候系统模式的平板海洋模式组件CCSM4-SOM,模拟了相对于工业革命前期,大气CO2浓度、地形和地表类型改变对中上新世气候增暖的不同影响。结果表明,地形改变对全球年平均地表气温影响较小,但在地形降低较大区域其增温效果十分明显; 大气CO2浓度增加导致全球年均地表气温显著增加,而且全球各纬度均有增温,由于海冰反馈作用,两半球高纬海域增温更为显著; 地表类型改变在北半球高纬增温效应最为明显,部分地区增温幅度已超过大气CO2浓度增加所引起的增幅。总体来看,大气CO2浓度增加所引起的增温效应在全球年平均和全年纬向平均上表现显著,但在高纬局地区域,它的影响并没有地形和地表类型改变的影响大。