快速气候变化与高分辨率的深海沉积记录

通过高分辨率海洋古气候序列研究快速气候变化的机制是大洋钻探ODP及相关的国际海洋古全球变化研究IMAGES的重要贡献。研究发现,千年、百年尺度的古气候事件具有全球性,不仅见于冰芯和北大西洋高纬区,也发生在热带太平洋等其它海区和地球的其它部分;不仅见于末次冰期,也发生在全新世和早、中更新世。尽管这些快速气候变化的原因和机理尚无定论,但至少说明存在有别于冰期／间冰期冰盖体积变化的因素（如热带过程、太阳活动等）在起作用,从根本上改变了学术界对地球气候环境系统历史的认识。     

千百年尺度气候快速变化及其数值模拟研究进展

千百年尺度全球气候快速变化是古气候研究中的一个重要内容。研究发现，末次冰期和全新世都存在着千年、百年尺度的快速气候变化，其变化幅度可以达到典型的地质变化或天文因子所造成的冰期/间冰期的气候振荡幅度，同时这些古气候事件具有全球性。对冰期和全新世气候变化的数值模拟揭示了气候系统对地球轨道参数变化的响应以及海洋、植被、冰盖、温室气体等反馈因子的重要性,其中大洋温盐环流对北大西洋淡水注入的敏感性与末次冰期和全新世气候快速变化密切相联。利用中等复杂程度的气候模式（EMIC）CLIMBER 2模拟了末次冰期典型时段（60~20 ka BP）D/O和Heinrich事件以及东亚气候的响应过程。模拟研究揭示了全新世青藏高原冰雪环境对亚洲—非洲季风气候的显著影响。今后的古气候模拟研究将在改进模式分辨率、结合古气候代用资料确定更加符合历史时期边界条件以进一步改善气候模式的基础上,更加注重气候突变机制的研究以及加强全球变化背景下的区域气候的长期变化研究。     

西风区昭苏黄土剖面中碳酸盐矿物组成及其古环境意义辨识

碳酸盐矿物是黄土的重要组成部分,是古环境重建的重要指标之一.通过对地处西风区的新疆伊犁盆地昭苏黄土剖面的全岩样品和分粒级样品的X射线衍射测试,分析了其碳酸盐矿物组成,利用麦夸特算法计算了碳酸盐矿物的含量.综合碳酸盐矿物的含量、粒径分布及风化特征等因素,对其古环境意义进行了辨识,从而建立了该剖面末次冰期以来碳酸盐矿物记录的古气候环境变化序列.结果表明:昭苏剖面中原生碳酸盐矿物(方解石和白云石)含量占主导地位,次生方解石对样品中总方解石含量的贡献较少;白云石含量可能与亚轨道尺度冷暖交替导致的西风环流强度变化有关;方解石含量的变化可能指示了西风区降水量的变化;碳酸盐矿物含量揭示了昭苏地区在末次冰期时气候冷湿,在全新世时气候暖干.     

多瑙河黄土与古环境研究进展

多瑙河黄土位于欧亚黄土带的西端,是欧洲沉积和保存最完整的黄土地层,底界可达1 Ma以上。由于其独特的地理位置,多瑙河黄土对于理解欧亚大陆不同区域气候系统演化的联系、北半球中高纬地区的气候变化有着重要的价值。在系统梳理多瑙河黄土在物质组成、物源、年代学、地层学和古环境重建等方面的研究进展和不足的基础上,提出了未来研究在物源、年代学、地层和古环境重建等4个方面的主攻方向。在物源研究方面需要系统获得潜在物源区沉积物组成信息,并开展物源示踪指标的方法学和多指标相互印证研究;在年代学和地层学方面需要加强长石释光年代学、火山灰年代学等研究,建立有多个绝对年龄控制的、高精度的年代标尺及其年代约束下统一的地层命名和对比方案;在古环境重建方面需要将高分辨率、多指标古气候重建工作从末次间冰期以来的地层拓展至最近1 Ma以来的整个序列。上述研究的开展是未来欧亚黄土区古气候对比和气候动力学机制研究获得突破的关键。     

中国玛珥湖及其研究意义

随着全球变化研究的深入,科学家们认识到古气候变化除轨道尺度的冰期/间冰期旋回之外还存在年代际-千年尺度的高频变化和突变事件。要认知这些变化,古气候记录的时间分辨率要达到"年-年代际"。因此,寻求时间跨度长、连续性好、信息丰富的高分辨率记录是过去全球变化研究面临的主要任务之一。玛珥湖为火山射汽喷发形成的封闭湖泊,由于其独特的形成机制及水文背景,使其能够提供数万年乃至几十万年连续稳定的沉积记录,是高分辨率古气候、古环境变化研究的重要对象。中国玛珥湖得天独厚,从热带到寒温带均有分布,为系统研究中国不同气候区各种时间尺度古气候变化规律提供了理想材料。本文基于中国玛珥湖的分布及沉积特征,探讨玛珥湖沉积记录能够为古全球变化研究做出怎样的贡献,解决什么科学问题,具体包括以下三个方面的内容:(1)在轨道尺度上,精确定位现代气候在地质历史中的位置是未来最具挑战性的科学问题之一。我国热带地区玛珥湖沉积物跨越了至少4个冰期-间冰期旋回,能够为理解冰期驱动机制、下一次冰期来临、高低纬关联等关键科学问题提供多学科数据;(2)千年尺度古气候变化,其成因可能源于不同的动力学机制,是气候系统对各种外部和内部驱动因子响应的结果,因此千年震荡可能存在明显的时空差异。集成不同气候带的玛珥湖沉积记录将为理解千年震荡规律及其驱动因子做出贡献;(3)年-年代际气候变化是预测未来气候变化的基础,PAGES、IPCC以及PAGES-Asia 2K均将过去2千年来气候变化作为预测未来几十年至百年尺度上重大全球变化的背景,并为此构建全球数据体系,玛珥湖沉积特别是纹层沉积记录能够填补某些地区高分辨率数据的空白。     

末次冰期贵州七星洞石笋高分辨率气候记录与Heinrich事件

通过对贵州都匀七星洞Q4、Q6石笋进行高精度的TIMS-U系测年和氧同位素分析,建立了末次冰期60．5kaB P以来都匀凯酉地区高分辨率的古气候变化时间序列。通过与格陵兰GISP2冰心的δ^18O曲线对比分析,初步揭示并探讨了末次冰期以来反映的短时间尺度气候快速变化的D-O旋回事件1-18和Heinrich事件H1～H5在黔南七星洞中的石笋记录,并对冷事件发生的年代给出了界定。研究表明,黔南60．5kaB P以来石笋记录冷暖事件所反映出的古季风环流变化,明显受北大西洋气候振荡的影响,显示与北极地区存在着古     

黄河上游寺沟峡拉干峡段滑坡时空特征及对气候变化的响应研究

滑坡发育动力机制对全球气候变化的响应过程逐渐成为地质灾害研究领域的热点和焦点问题。文章以我国地质灾害高易发区的黄河上游寺沟峡拉干峡段大型、特大型、巨型滑坡为研究对象,在广泛收集区域古气候演化资料和滑坡年代测定的基础上,开展了末次冰期以来特大型、巨型滑坡发育的时空分布规律研究,分析了滑坡的主要发育期与全球气候变化的响应关系,在此基础上探讨了研究区滑坡发育的动力机制对气候变化的响应过程。主要取得了以下认识:(1)研究区滑坡异常发育,分布广泛、成灾规模大、动力机制复杂、危害严重,在空间上以群科尖扎盆地最为发育; (2)利用滑坡钻孔滑带土和滑坡体与上下覆黄土的叠置关系开展了滑坡体的年代学测定工作,并从时间尺度上划分了滑坡的5个主要发育期,其分别为53～49ka B.P.、33～24ka B.P.、10～8ka B.P.、5～3.5ka B.P.和现代; (3)研究区滑坡的主要发育期分别对应于中国黄土高原马兰黄土中的2层弱发育古土壤层L1-4 和L1-2、末次冰期晚期/全新世过渡期、全新世适宜期和现代全球升温期; (4)全球不同地区滑坡的发育期与气候变化有密切联系,其主要发育于古气候的温暖湿润期和气候变化的快速转型期。     

冰芯记录中末次间冰期-冰期旋回气候突变事件的研究进展

冰芯记录中的气候变化是古气候研究中的重要组成部分. 极地、中低纬度和热带地区的冰芯记录表明, 在冰期间冰期旋回大尺度气候变化背景下, 全球经历了一系列数百年至千年时间尺度的快速气候突变事件, 诸如末次间冰期的干冷事件、末次冰期的DansgaardOeschger事件、 Heinrich事件和Younger Dryas事件等, 虽然这些穿插在冰阶中的暖湿气候事件、间冰阶中的干冷气候事件的成因、机制和影响范围还存在明显的不确定性. 主要介绍不同区域冰芯记录中末次间冰期冰期旋回这些气候突变事件发生的时间、过程和机制等的研究进展.     

冰期—间冰期气候旋回中古火灾的变化规律及其控制因子

火对气候、生物地球化学循环和人类健康产生广泛影响,为了避开人类活动的干扰,在整体上把握古火灾、古植被和古气候之间的相互作用关系,并为进一步的深入研究古火灾提供框架,本文聚焦冰期—间冰期时间尺度,整理了深海沉积、湖泊沉积、黄土等沉积物中的古火灾信息,并与对应的古气候、古植被情况结合讨论,总结归纳在冰期—间冰期尺度上不同地区的火灾机制情况,并分析其异同及原因。全球不同海域的深海沉积物中黑碳记录所指示的古火灾没有统一的规律和解释,自然火灾发生机制存在区域性差异。长时间尺度的湖泊记录反映的冰期—间冰期火灾活动情况较一致,今后更多长时间尺度的湖泊沉积物研究可以为火灾活动的轨道驱动研究增添有力证据。黄土中的冰期—间冰期的火灾演化规律存在不同观点,这可能是选用火灾代用指标不同导致,黄土中的黑碳沉积通量可能更准确的揭示古火灾历史。     

中国北方晚第四纪气候变化的沙漠与黄土记录* ——以光释光年代为基础的直接对比

中国北方有约200×10⁴km²的面积被黄土、沙漠和荒漠戈壁沉积物覆盖,这些地区堆积物的形成变化与第四纪气候变化密切相关。关于中国北方沙漠与黄土记录晚第四纪古气候变化的研究不少,但是,由于受到方法和条件等限制,系统的(高密度的)和独立的年代学工作比较薄弱,从而使诸多已经发表的关于沙漠-黄土记录的亚轨道时间尺度气候变化的结论受到质疑。文章通过对黄土高原代表性的4个末次冰期以来的黄土剖面以及毛乌素、浑善达克和科尔沁沙地的20多个末次冰期-全新世的沙-砂质古土壤剖面的研究,获得了150多个独立的光释光年龄数据。在此基础上,结合200多个样品的粒度、有机质含量和磁化率数据,重建末次冰期以来中国北方气候变化过程,对比分析沙地与黄土古气候记录的联系。结果表明,中国北方古气候在57.5~52.5kaB.P.相对干旱,41.5~37.3kaB.P.相对湿润,26~22kaB.P.逐渐干旱,22~18kaB.P.极端干旱,15~10kaB.P.干旱,10~8kaB.P.为干旱减弱的时期,8.0~2.4kaB.P.相对湿润,而2.4kaB.P.以来气候为相对干旱。其间,在8.0~2.4kaB.P.的湿润时期有几次干旱事件,而2.4kaB.P.以来气候变化频繁。具有独立年代控制的黄土和沙漠记录表明,中国北方的气候变化对轨道时间尺度的太阳辐射变化有大约3~4ka的滞后。     

Exhuming the Meso–Cenozoic Kyrgyz Tianshan and Siberian Altai-Sayan: A review based on low-temperature thermochronology

Thermochronological datasets for the Kyrgyz Tianshan and Siberian Altai-Sayan within Central Asia reveal a punctuated exhumation history during the Meso-Cenozoic.In this paper,the datasets for both regions are collectively reviewed in order to speculate on the links between the Meso-Cenozoic exhumation of the continental Eurasian interior and the prevailing tectonic processes at the plate margins.Whereas most of the thermochronological data across both regions document late Jurassic-Cretaceous regional basement cooling,older landscape relics and dissecting fault zones throughout both regions preserve Triassic and Cenozoic events of rapid cooling,respectively.Triassic cooling is thought to reflect the Qjangtang- Eurasia collision and/or rifting/subsidence in the West Siberian basin.Alternatively,this cooling signal could be related with the terminal terrane-amalgamation of the Central Asian Orogenic Belt.For the Kygyz Tianshan,late Jurassic-Cretaceous regional exhumation and Cenozoic fault reactivations can be linked with specific tectonic events during the closure of the Palaeo-Tethys and Neo-Tethys Oceans,respectively.The effect of the progressive consumption of these oceans and the associated collisions of Cimmeria and India with Eurasia probably only had a minor effect on the exhumation of the Siberian Altai-Sayan.More likely,tectonic forces from the east(present-day coordinates) as a result of the building and collapse of the Mongol-Okhotsk orogen and rifting in the Baikal region shaped the current Siberian Altai-Sayan topography.Although many of these hypothesised links need to be tested further,they allow a first-order insight into the dynamic response and the stress propagation pathways from the Eurasian margin into the continental interior.     

轨道尺度亚洲气候演化机理的数值模拟:历史与展望

轨道尺度亚洲气候演化是古气候热点问题之一,其变化过程和机理对理解当前全球变暖下亚洲气候变化具有重要参考意义。最近几十年,基于黄土、石笋、湖泊等载体的轨道尺度亚洲气候重建研究获得显著进展,气候演化历史的基本框架已被构建,不同区域和指标记录之间的差异暗示了气候演化机理的复杂性。数值模拟作为研究气候动力学的重要工具之一,在轨道尺度亚洲气候变化中也得到广泛应用和快速发展。基于此,本文尝试对最近十数年轨道尺度亚洲气候演化机理的数值模拟研究做一简单总结和梳理。目前的数值模拟尚未对地质记录给出的各种变化特征、区域差异等现象,尤其是东亚夏季风的黄土和石笋差异、季风和干旱气候的耦合关系等,给出合理解释。因此,在未来工作中亟须涵盖多轨道旋回的高分辨率瞬变试验,结合良好定年的重建记录,以期对轨道尺度亚洲气候变化机理获得更深入完整的认识。     

渭河流域典型黄土剖面的环境磁学特征及其古气候意义

对黄土高原南部耀县全新世黄土地层的形成及保存环境进行了研究.结果表明:地层中磁性矿物主要为软磁性矿物,硬磁性矿物对地层的磁学性质贡献小;随着成壤强度的增加,硬磁性矿物的相对含量在减少.本区全新世地层的形成和保存环境为氧化环境,适宜用磁学手段反演全新世古气候.对磁化率和频率磁化率、无磁滞剩磁磁化率的对比分析,可以看出:成壤强度较低时,细粒磁性矿物相对于磁性矿物总量的增加速率相对较快;成壤强度较高时,细粒磁性矿物的相对含量会达到或趋近饱和,相对于磁性矿物总量的增加速率相对较慢.研究表明,在黄土地层中,χfd%和χARM/χ等指示细粒磁性矿物的磁学参数可以显示更细微的气候变化;在古土壤中,χlf的气候指示意义相对更好.     

Distribution of Palygorskite in the Lingtai Profile of Chinese Loess Plateau: Its Paleoclimatic Implications

Palygorskite is a typical indicator mineral of the arid and strong evaporation environment. Distribution of palygorskite in loess-red clay sequences may act as an important indicator for reconstruction of the paleoenvironment and paleoclimate. In this paper, field emission scanning electron microscope and high-resolution transmission electron microscope observations on the red clay-loess-paleosol of the Renjiapo profile at Lingtai, Gansu Province indicate that palygorskite occurs widely in red clay sequences formed before 3.6 Ma, but no occurrence has been found in eolian sediments since 3.2 Ma. Micromorphological features and microstructure of palygorskite show that it is an autogenic mineral formed during pedogenesis, and transformed from iilite-montmorilionite under the pore water action. In the Lingtai profile, the disappearance horizon of palygorskite is consistent with those of increasing magnetic susceptibility, dust flux and depositional rate. The distribution of palygorskite in the profile indicates that the interval of around 3.6 Ma was an important transformation period of the East Asian paleomonsoon, when changes took place in the East Asia paleoclimate pattern, i.e. a high-frequency strong fluctuation alternative evolution of the environment. Therefore, palygorskite is a key indicator mineral of the East Asian paleomonsoon evolution of that time.     

渭河盆地末次冰盛期以来沉积环境变化研究

研究过去气候快速变化能为当前极端气候分析和未来环境预测提供自然背景理解。亚洲季风在北半球乃至全球的第四纪气候变化中扮演着重要角色,其演化是全球气候变化背景下的典型区域响应。然而,不同地质载体及不同指标所记录的亚洲冬、夏季风变化存在着较大差异,产生差异的原因及受到的动力机制是值得深入研究的科学问题。渭河盆地位于黄土高原和古三门湖沉积交叠的区域,是研究第四纪亚洲季风演化的理想场所。在盆地西南部西安市户县和长安县获取了两个黄土沉积钻孔,户县ZZC孔长4 m,长安县XFC孔长3 m,两孔的年代均超过25 ka。通过两钻孔的粒度和元素地球化学等代用指标研究,对比分析不同指标对气候变化的敏感度差异,反演了末次冰盛期(LGM)以来的区域沉积环境变化,并尝试探讨该时期发生的气候突变事件及反映的季风强度变化。结果表明,两钻孔的平均粒径从LGM到中全新世逐渐变细,中全新世之后少许变粗,空间上表现出一致性,总体反映了末次冰盛期以来的冬季风强度演化;Ca/Ti反映了与季风降水相关的淋溶强度,从LGM到全新世暖期夏季风逐渐减弱,并记录了若干次气候快速变化。粒度和元素比值变化表明,渭河盆地沉积良好地记录了末次冰盛期至全新世的大幅冷干-暖湿波动及若干次持续时间较短的快速水文变化事件,主要是受到太阳辐射和冰量等因素调控的影响。由于渭河盆地有上千米的新生代沉积,未来开展高分辨率研究有望揭示不同时间尺度季风变化特征及其与区域和全球变化的联系。     

On the interpretation of Chinese loess as a paleoclimate indicator

The records of wind-blown dust (i.e., loess) in China are some of the most important terrestrial records of past climate changes, stretching back over the last 10 Ma. In the paleoclimate literature, intervals of increased dust generation have been almost always interpreted as being associated with more intense or prolonged wintertime conditions. Here it is shown that, in accordance with modern observations, dust outbreaks in Asia are predominantly springtime phenomena. During spring, frequent cyclogenesis in the lee of the Mongolian Altai and the passage of strong cold fronts produce the intense windstorms that loft and entrain dust into the air. The meteorology governing such outbreaks is likely robust in past climates. Contrary to the common paleoclimate presumption, it is actually the breakdown of the Siberian High that permits the dust-producing windstorms to occur. The importance of cold fronts in generating such windstorms suggests that cooling of high-latitude climate during the Miocene, or during glacial intervals, might play a significant role in the signal recorded in the loess deposits. The unique springtime factors that generate dust storms are an example of why the common partitioning of Asian climate into a ‘winter’ and ‘summer’ monsoon is oversimplified and can be misleading.     

兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

末次冰消期以来赛里木湖沉积记录的气候突变

末次冰消期以来的气候突变事件的时空变化特征及其区域响应是古气候环境变化研究的重要内容,然而亚洲中部干旱区末次冰消期以来的气候突变记录较少,尤其缺少末次冰消期期间快速转暖过程的区域响应.本研究通过对位于亚洲中部干旱区的新疆西天山中部亚高山湖泊赛里木湖湖心采得的长300 cm的SLM2009钻孔沉积物的碳酸盐含量和粒度变化特征的分析,在 14 个 AMS 14C测年数据的基础上,探讨了末次冰消期约23. 4 cal. ka B. P.以来亚洲中部干旱区的气候突变事件记录及其区域响应过程.结果表明:赛里木湖湖心钻孔沉积物完整记录了 H1 ( 17. 5 ~ 15. 2 cal. ka B. P.)、 YD ( 12. 6 ~ 11. 7 cal. ka B. P.)冷事件以及 B-A ( 15. 2 ~12. 9 cal. ka B. P.)暖事件等末次冰消期气候突变事件以及全新世以来的10. 5 ka、 8. 2 ka、 5. 5 ka、 4. 2 ka、 2. 8 ka和小冰期冷事件,这与亚洲中部干旱区已有的气候突变事件记录相吻合,表明末次冰消期以来亚洲中部干旱区具有相似的气候突变演化模式.同时这些气候突变事件与高纬冰芯以及低纬石笋氧同位素记录的一致性则表明气候突变具有全球性影响,受相同的成因机制因素控制.     

中更新世以来不同时间尺度亚洲中纬度气候演化的区域差异

亚洲中纬度气候主要受两大环流控制,继而划分出受亚洲季风控制季风区和受西风环流控制的西风区。已有研究发现在年代际至千年尺度上,两气候区的湿度演化存在错相位、甚至反相位的现象。文章综述了中更新世以来,多千年至轨道尺度上,两气候区的湿度演化模态的异同,以此深入了解亚洲气候演化的系统性。结果表明:二者的间冰期气候演化的整体趋势存在明显差别,尤其MIS 13以来,二者的演化趋势基本相反。在间冰期的多千年至万年尺度上,二者的气候演化模态呈现非同相位:高精度的释光测年结果显示天山地区的湿度变化滞后于黄土高原地区大概3~5 ka,且该现象在更早的间冰期可重复。在冰期的千年尺度上,两地的湿度演化基本一致,但西风区湿度的波动幅度更大。