青藏高原环境变化对全球变化的响应及其适应对策

青藏高原的环境变化对全球变化具有敏感响应和强烈影响。青藏高原的现代环境与地表过程相互作用,引起包括冰冻圈和水资源以及生态系统等方面的一系列变化,对高原本身以及周边地区的人类生存环境和经济社会发展产生重大影响。作为国际研究的热点地区,青藏高原环境变化研究目前出现三个新的科学动向：关注关键地区的关键科学问题的系统研究;关注以现代地表过程为核心的监测研究;关注全球变化影响下的圈层相互作用研究。本项目的研究对青藏高原环境变化科学的发展、国际科学前沿的贡献以及服务于社会经济发展,都具有十分重要的意义。通过项目的研究将揭示青藏高原隆升到现代地貌与环境格局过程中所出现的重大构造事件和环境事件;重建不同区域、不同时间尺度的气候环境变化序列并揭示其时空分布特征;阐明青藏高原冰冻圈、湖泊和主要生态系统与土地覆被在不同气候条件下的变化特征;揭示青藏高原环境变化与地表过程对全球变化的响应特点和高原热力与动力过程对不同气候系统变化的影响。本项目将在高原南北典型区域利用地貌学与沉积学手段,研究青藏高原现代地貌与环境格局的形成过程;利用湖芯、冰芯、树木年轮等手段,研究青藏高原过去环境变化的特征事件、区域分异及其与全球变化的联系;利用冰川、冻土、积雪的时空变化,结合对高原特殊大气边界层的观测,研究青藏高原冰冻圈变化与能量水分循环过程;从冰川、湖泊、大气的监测入手,结合模式方法,研究青藏高原环境变化的机制;利用生态系统碳的源—汇变化,研究青藏高原生态系统对环境变化的响应;综合研究全球变化背景下青藏高原环境变化与水资源变化所产生的区域效应和适应对策。     

全新世环境考古研究进展

环境考古研究是国际上的热点问题之一,尤其是针对全新世以来的研究.以往的研究主要集中在气候突变事件对新石器文化的影响、人类对环境变迁的调整与适应、人类对于环境的影响与干预以及史前农业与气候环境的相关等方面.研究结果表明:极端气候事件的确对人类文化与农业文明产生了深远影响,但是人类也一定程度上对气候变迁做出了调整与响应.尽管在很长时间内,人类处于被动角色,但是随着时间延续,人与自然间关系也发生重大变动,逐步演变为人类对于自然的强烈影响与干预.目前各国科学家对此两个问题的讨论已经逐步摆脱定性阶段,开始向定量化方向发展.孢粉、磁化率、有机质等代用指标的运用,使得这一领域具有了更为广阔的前景和生命力.史前农业的研究牵涉的内容较为复杂,包括农业起源、农业传播以及农业发展过程中的诸多问题,它们与气候以及人类活动的关系一直是环境考古学家努力探索的方向,至今该领域的研究仍然存在很大争论和分歧.     

地史时期生物对冰室气候形成的作用

在地质历史时期的碳循环中,生物的作用很大.生物产氧光合作用消耗CO₂而产生有机质与O₂;有机质及生物成因碳酸盐岩埋藏又进一步固定CO₂并减少O₂消耗,所以生物产氧光合事件与冰期、成（增）氧期应存在因果关系.论述了5次事件,分别是:与产氧光合蓝细菌有关的古元古代初期大氧化事件（Early Proterozoic great oxygenation event,GOE）、与真核生物辐射事件有关的新元古代大成氧事件（Neoproterozoic oxidation event,NOE）、与早期陆生植物繁盛事件有关的晚奥陶世增氧和冰期事件、与维管植物繁盛事件有关的石炭纪-二叠纪增氧和冰期事件及与被子植物和浮游微植物繁盛有关的第四纪冰期事件.结果表明,5次成氧事件和冰期与生物事件有因果关系,主要表现为,都有冰期和成氧事件共存或相继出现的证据,反映大气CO₂降低和O₂增加同时或相继发生,而这只能由生物的光合作用及其产物的埋藏造成.这说明生物不仅仅是适应于环境,它也对环境产生重大影响,生物与环境的这种相互作用在漫长的地质历史中表现为协同演化.但是早期生物事件并不立刻产生成氧或冰期等环境效应,这种效应开始是微量的,逐渐积累,达到阈值后才发生质变,所以在时间上是滞后的.随着生物多样性和丰度的增加,这种效应越来越大,速率越来越快,滞后性逐渐减弱,耦合性日渐明显.生物与地球环境之间的相互作用构成了生物与地球系统的自我调节,使地球与其他星球不同,其表层始终保持在生命宜居的环境范围内.今天人类更要理智地、科学地善待地球,避免对地球造成重大的负面影响.      

晚中生代地球表层重大地质事件的陆地环境剧变与生物群演替响应

晚中生代时期华北东北部发育燕辽生物群、热河生物群和阜新生物群陆地生物群。它们的快速演变过程和华北克拉通上同时期发育的岩石圈减薄、大面积强烈岩浆活动、变质核杂岩及伴随的伸展盆地等地球表层重大地质事件并行发生,表现着地壳表层系统圈层间的相互作用和响应。生物群的繁盛与灭绝与地球表层大规模岩浆-火山活动(髫髻山组—张家口组和大北沟组—义县组)发育时代高度协同一致。地球表层重大地质事件直接或间接地控制或改造着地球表层古地理和古生态环境,生物群只得调整自身去适应环境和生态背景的改变。火山-岩浆活动改变着地质-生态环境,生物群都紧密联系多期次火山-岩浆活动,化石也都被埋葬在沉积-火山碎屑岩中。华北克拉通破坏重大地质事件发生响应于全球变化和统一地球表层系统。盆地沉积充填序列、特殊陆相环境沉积建造、特殊环境沉积物等记录了响应的古地理、古环境变化与响应。陆地生物群分布、演化、更替与精确定年,脊椎-无脊椎生物(化石)埋葬特征,生物演化速率、消长关系和生物群(组合)更替的形式和性质,以及脊椎动物骨骼、牙齿的常量、微量元素、H-B-C-N-O-S和C-O-Sr等地球化学特征的研究可以恢复和重建古地理、古生态环境和古生态系统。     

5000 a BP以来辽西地区环境灾害事件与人地关系演变

依据辽西地区牧场泥炭层中高分辨率的孢粉分析和炭屑含量统计资料, 并通过对辽西地区自然环境演变与人类文化变迁历史的研究, 5000 a BP来的环境恶化可分为4个灾变过程: 即5000～4400 a BP 寒冷事件、2700 a BP左右寒冷事件、辽金时代的农业开发以及明清战乱.前两个过程与全球性的气候波动同步, 并对早期文明的发展进程产生了重要影响.后两个过程主要是由人类活动因素造成的, 同时也叠加了自然因素.目前区域内的环境恶化主要是由后两个过程引起的.     

北极巴罗地区13世纪以来花粉记录的气候变迁及其与青藏高原的比较

北极阿拉斯加巴罗(Barrow)地区(70°21′N,156°40′W)位于北极滨海平原最北端,根据湖泊钻孔花粉记录,210Pb和137Se测定以及多项环境代用指标测试(有机质含量、总C和总N含量、CaCo3),并结合当地现代冻原植被、表层花粉谱、当地70a的气象记录以及有关的冰芯、树龄等资料的综合对比研究,分析了13世纪以来巴罗地区气候和环境变化历史.大约在13世纪以前,巴罗地区植被稀少,气候寒冷,其后冻原植被发育良好,并经历几次演变.结合沉积地球化学元素测试结果和其他环境代用资料研究表明,小冰期以来Barrow地区曾发生3次暖期(公元1540—1600年,1660—1730年和1880—1992)和3次冷期(公元1440—1520年,1610—1650年和1750—1850年).这些冷暖事件与青藏高原冰芯记录对比发现,虽然在高频变化上,不同地区存在着差异,但重大冷暖事件都曾出现.其中3次暖期与青藏高原古里雅冰芯和敦德冰帽中代表温度变化的δ¹⁸O值指示的暖期基本一致,证实巴罗湖芯记录的环境变化序列是可靠的.同时,古里雅和敦德冰芯记录中反映传统小冰期中的15,17,和19世纪的3次冷期,在巴罗湖芯记录中都有显示.     

亚洲中部干旱区气候变化与丝路文明变迁研究:进展与问题

亚洲中部干旱区是对全球气候变化响应最为敏感的地区之一,也是水文变化剧烈和生态环境脆弱的地区。该地区包括了古丝绸之路的主体,在东西方交流和丝路文明兴衰历史中发挥了关键的作用。科学评估全球增温背景下亚洲中部干旱区人类社会可持续发展面临的风险,是广受关注的重大科学问题。东西方交流和丝路文明发展历史及其与气候环境变化关系的研究,可为认识该地区不同时间尺度人地关系演变的规律提供科学依据。通过总结东西方交流与丝路文明兴衰历史、亚洲中部干旱区全新世气候变化过程、多时间尺度气候一水文变化机制以及人与环境相互作用的过程与规律等领域的研究进展,提出目前亚洲中部干旱区全新世气候环境变化时空格局和丝路文明演化的过程,以及人与环境相互作用机制的研究存在明显不足。破解亚洲中部干旱区气候变化和文化演化研究区域不均衡问题,加强地学与考古学等多学科交叉研究,是推进气候变化与丝路文明变迁研究的有效途径。这对理解该地区人地关系演化规律、应对气候变化带来的挑战、服务国家“一带一路”倡议具有重要的科学价值和现实意义。     

贵州草海近21ka以来有机地球化学记录反映的古环境变化

草海位于黔滇交界,主要受印度夏季风的影响,其湖沼沉积物记录了中—晚第四纪的环境变化历史,是研究第四纪环境和季风演变的良好载体。本研究选取的南屯NT03钻孔,岩心长405 cm,在放射性碳同位素(AMS14C)测年基础上建立了年代序列,并进行了沉积物的色差值(L*)、烧失量(LOI550)、总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)和有机稳定碳同位素(δ13Corg)等古环境替代指标的测试。实验结果显示,L*、LOI550和TOC等3个有机碳含量指标同步变化,共同指示该钻孔序列经历了3个沉积环境演变阶段,即末次盛冰期晚期(21—15 cal ka BP)河流—冲积相沉积阶段、冰消期至早中全新世(15—4 cal ka BP)高湖面湖泊—沼泽相沉积阶段和晚全新世(4 cal ka BP以来)洪冲积相沉积阶段。近2万年以来草海湖沼面积经历的收缩→扩张→收缩演变过程与石笋氧同位素变化基本吻合,表明季风降雨是引起草海湖泊水体和周边生态系统变化的主要因素。δ13Corg指标变化范围为-29. 28‰～-24. 19‰,表明草海盆地周围植被组成在末次盛冰期以来C4草本虽然略有增加,但均以C3植物为主。同时,TOC和δ13Corg指标证明了B/A冰消期暖事件对盆地边缘区的湿地泥炭富集起到关键作用,而多指标揭示了近4 ka以来水域变浅并发展成为冲积环境的过程,也可能与石笋记录的夏季风减弱所带来的降水量减少有关。     

三星堆文明消失原因的古环境因素探讨

三星堆文明的神秘消失,古环境演变应是重要原因,与全球性古气候环境变化直接相关.通过对古蜀(广汉)地区古环境演化研究得出,3.0 ka B P左右该区古环境演化与中国大部分地区有相似的变化趋势,也有气候变冷、环境恶化的事件发生.推断该区古环境恶化的主要表现是洪水流量突发性质的变幅增大,导致山前冲积扇上的河流摆动迁徙加强,以致其中一次突发性河流改道冲毁了三星堆古城.     

黄河源区降水与径流过程对ENSO事件的响应特征

根据最新季分辨率ENSO指数序列所确认的近40年多来所发生的20次ENSO事件，并确定了每次ENSO事件强度及其影响年，通过对相应年份黄河源区降水与径流距平变化值的对比，分析了降水与径流过程对ENSO事件响应的统计规律；ENSO事件与黄河源区降水与径流年际波动变化有很好的相关性，这种相关性与ENSO事件的性质强弱，发生季节以及持续时间等有关。一般夏秋季暖事件无论强弱均使影响年降水减少，发生于春季的中等强度暖事件使发生年降水呈负距平，影响年降水呈增加趋势，冷事件与暖事件对降水的影响正好相反；暖事件对应年份黄河源区径流量减少，而冷事件则使其增加，随着20世纪90年代以来暖事件发生频率的增加，径流呈现持续减少。     

Patterns of the Impacts of Climate Change on Civilization

Climate change has profoundly impacted the development of human civilization. It is one of the basic forces that have led to the rise and fall of regional civilization. The manifestations and ultimate consequences of the impacts of climate change on social development are the products of the interaction between climate change and human society, which are both related to the characteristics of climate change and to the adaptation of human society. Based on the published papers on climate change and civilization during the past 20 years, five patterns of the impacts of climate change on civilization were summarized. They are periodic changes, pulse, adaptive transition, collapse, migration and replacement. Periodic changes and pulse occurred when climate change impacts were within the resilience of human social systems. Thus, there was no need for major structural changes in the human society. Adaptive transition was a fruit of successful response of the human system when the extent of abrupt climatic change or the trend of climate change exceeded the available range of human social systems In contrast, collapse was a result of failed response of the human system. Migration and replacement, in which people moved from their original living place to other regions and sometimes even replaced the aboriginal civilizations with the colonized civilization, could occur no matter the impacts of climate change had exceeded the resilience of human system. The summarization is expected to be useful for the understanding of the mechanism on the relationship between climate change and civilization, and for coping with the challenges of future global climate change.     

成都平原中—晚全新世环境考古研究进展*

自20世纪80年代以来,成都平原环境考古工作在聚落选址与地理环境、古气候与古蜀文明发展、灾变事件研究及史前人地关系综合研究等方面取得重要进展。研究表明: 成都平原史前城址群的出现与当时的地理环境应有很大关系;成都平原中—晚全新世以来气候整体温暖湿润,其中有多次气候波动和降温事件发生;古洪水、古地震等自然灾害与古蜀文明发展的关系很密切;基于成都平原诸多先秦遗址的人地关系综合研究表明,河流、地貌、气候等因素与史前聚落变迁有很大关系。总体上,成都平原环境考古工作经历了3个发展阶段。受限于研究材料和方法,目前仍然缺乏高分辨率古环境演变规律的研究成果;自然灾害与成都平原先秦时期古文化演变的一些重要节点的耦合关系仍不明确;今后还需要加强与河流地貌有关的聚落环境考古研究;利用地理信息系统和遥感技术分析环境变迁与人类活动关系以及定量和模型化研究史前人地关系也将是未来成都平原环境考古工作的重要内容。     

5500aBP气候事件在三大文明古国古文明和古文化演化中的作用

5 5 0 0aBP气候事件是世界上许多地区全新世气候演化史上的一个重要转折点 ,它促进了两河流域美索不达米亚古代文明和尼罗河流域埃及古代文明社会的诞生 ,对中国地区新石器文化的发展也产生了重要的影响。未能形成地理限制可能是中国地区未能像两河流域和尼罗河流域一样在 55 0 0aBP前后形成文明社会的重要原因之一。     

长江三角洲全新世环境演变与人地关系研究综述

综合分析了近20年来长江三角洲全新世环境演变与人地关系研究的进展，着重对长江三角洲的形成与演变、环境演变与人类活动、人地关系的历史演变、古环境研究方法等进行了综述。指出今后研究的主要内容，包括多种环境替代指标的相互验证，高分辨率研究，定量研究，加强环境质量的时空演变研究，加强综合研究，寻求人地关系协调发展的途径。     

中国历史耕地变化及其对自然环境的影响*

农业开发已经直接或间接地影响并正在影响自然环境的许多方面,中国农业开发历史悠久,对自然环境造成的影响广泛而强烈,对认识人类活动导致的全球与区域环境变化具有代表性。文中总结了近年来基于考古和历史文献记录的中国历史耕地变化定量重建和耕地开发环境影响的研究成果。主要结论包括: (1)中国在历史耕地变化重建方面具有独特的优势,主要数据源包括田亩、税赋、人口等与耕地数量相关的数值记录,考古遗址点、聚落、路网、行政建制等与农业活动相关的信息,有关土地开发和农业生产的描述性记录等三大类。 (2)对全国尺度的耕地面积推断始于春秋战国时期,过去1000年以来已重建了省(路)域的垦殖率,过去300年基于历史记录重建的东北、华北等区域垦殖率的分辨率已到县,在重建基础上利用分配模型获得的过去300年格网化垦殖率的分辨率可达10 km×10 km甚至1 km×1 km。相比于当前广泛使用的国际数据集,这些区域定量重建结果更为准确。(3)历史时期中国耕地的3次大规模扩张分别主要出现在西汉、两宋和清中叶,与此相对应,植被破坏和水土流失从北方地区扩展到南方地区,从平原低地扩展到低山丘陵、深山地区;过去300年耕地变化导致了碳排放的增加和可辨识的区域气候变化。未来中国的历史耕地变化重建及其对环境影响研究,应与国际过去土地利用/覆盖研究衔接,研究重点为延长历史耕地重建时限、提高重建单元的空间分辨率和改进耕地格网化分配模型。     

中国环境考古学的兴起、发展和展望

环境考古学是一门介于考古学与第四纪环境学(或古地理学)之间的边缘学科。它出现于20世纪之初,经过近1个世纪的摸索和实践,在理论和方法上日趋成熟。中国环境考古学出现较晚,但发展迅速,已经形成以人类生态系统理论为依据,以聚落和遗址古环境分析为主要手段,以探讨古代人类行为及其文化的形成、发展和演变的环境背景为目标的新型交叉学科。目前,它已经逐渐得到了中国考古学家的广泛认同,并成为考古学研究的重要组成部分,在涉及人类起源、MIS3阶段旧石器晚期文化革命、旧—新石器文化过渡以及农业起源、文明起源等一系列关键问题的研究中发挥着重要作用。     

人类活动影响下华北平原地下水环境的演化与发展

本文是研究华北平原第四系地下水系统在自然条件关叠加人为因素影响的地下水动力场和地下水水水化学场演化与发展的综合性环境地学课题的成果。主要研究地下水民带气与外部环境要素间物质与能量的传输；地下水地球化学环境演化规律；华北平原地下水超量开采区的地下水系统循环系统及其演变规律和地下水环境演化预测。     

黄河的历史变迁及其对中华民族发展的影响刍议

黄河的孕育和发展,为华夏文明的形成提供了适宜的地理环境。本文从地质学角度分析了历史上黄河下游5大流路改道的原因及其与中华民族发展的关系。指出当前黄河流域存在的问题及其可能带来的影响,认为只有保障包括黄河生命在内的自然支撑能力与社会生产力的平衡,才能实现人与自然的和谐发展。     

Climate Change and Silk Road Civilization Evolution in Arid Central Asia: Progress and Issues

Arid central Asia is one of the regions most sensitive to global climate change, as well as the region with dramatically hydrological changes and fragile ecosystems. The region includes the main body of the ancient Silk Road, which played a key role in the cultural exchange and the rise and fall of Silk Road civilization. Scientific assessment of the risks faced by the sustainable development of human society in the arid central Asia under the background of global warming is a major scientific issue that has received much attention. The study of the relationship between cultural exchange, development of Silk Road civilization and climate change can provide a scientific basis for understanding the evolution rules of human-land relationship on different timescales in this area. This study summarized the research progress in the history of cultural exchanges, the rise and fall of Silk Road civilization, climate change during the Holocene, forcing mechanisms of climate and hydrological change on different timescales, as well as the process and rule of human-environment interaction. On this basis, we proposed that the study of the temporal and spatial patterns of Holocene climate change and the evolution of Silk Road civilization in arid central Asia, as well as the research on the interaction mechanisms between human and environment, are obviously insufficient. Solving the problems of regional imbalance of climate change and cultural evolution in arid central Asia and strengthening the cross-disciplinary study of geoscience and archaeology are effective ways to promote the study of climate change and changes of Silk Road civilization, which has important scientific and practical significance for understanding the evolution of human-land relations in the region, coping with the challenges of climate change, and serving the “One Belt, One Road” strategy.     

黑色页岩与大洋缺氧事件的Re-Os同位素示踪与定年研究

地质历史中发育多次大规模的大洋缺氧事件并伴随有巨量的黑色页岩沉积, 对这些大洋缺氧事件发生时限及成因机制的研究已成为当前国际古海洋学研究的一个前沿领域。开展对大洋缺氧事件的研究,有助于了解古海洋演化、地球系统变化和地球其他圈层对生物圈的影响,以及金属成矿、油气形成及生烃环境。因此近年来人们从古海洋、古气候、古地理、古生物、大地构造和地质地球化学等学科,积极开展对大洋缺氧事件的研究。对大洋缺氧事件进行准确定年则是研究工作开展的首要任务之一;而如果用于定年的同位素体系能同时提供相关的环境变迁信息,则更加有利于我们对缺氧事件成因机制的认识。Re Os同位素作为近年来发展起来的一种新的同位素技术方法,恰好适用于对富有机质沉积岩和黑色页岩的定年,可以获得精确的地层沉积年龄,同时利用这些海洋沉积物的Os同位素比值还可获得古海水的Os同位素组成及随时间的演化规律。在中国华南地区新元古代—早古生代发育有多幕次的大洋缺氧事件和黑色页岩的巨厚沉积和广泛分布,利用Re Os同位素研究,不但可以精确厘定这些事件发生的时限,而且可以有效示踪当时的古海洋环境。