Google Earth卫星影像重建早白垩世气候变化

颜色旋回变化是地质剖面中最明显的变化之一,可以直观地反映地层的粗略的气候信息,如果地质剖面出露良好,也可以直接被卫星影像记录。Google Earth卫星影像是地质工作者野外工作准备过程中重要的参考资料。通过实地走访甘肃省张掖市南台子村彩色丹霞和Google Earth图像的观察,尝试提取3 040 m剖面亮度(L*)、红度(a*)、黄度(b*)颜色变化信息并与地层局部实测的碳酸盐变化对比,发现L*值与a*值基本呈反向变化。L*值一般与碳酸盐含量有关,高L*值对应高碳酸盐值,反映湿润环境,红色层对应低碳酸盐值,反映干旱环境。L*值和碳酸盐含量变化以及a*值的变化共同反映了气候的干湿交替。根据地质调查,剖面年代在1 000~1 400万年之间,大致反映了早白垩世气候变化的框架,白垩纪早期气候旋回变化明显,并非一直处于十分稳定的状态。更为详尽的年代以及具体气候变化信息有待于后续的古地磁学与旋回地层学的深入研究。     

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。     

察尔汗地区130ka B.P.以来湖相沉积物颜色记录的气候变化探讨

通过柴达木盆地察尔汗地区湖相沉积物的L*、a*和b*值与有关地球化学指标的相关关系分析,对湖相沉积物颜色指标在古气候研究中的意义进行了探讨,并据此分析了130 ka B.P.以来该区的古气候演变过程。结果表明,L*值与沉积物碳酸盐含量正相关,L*值高时,气候冷干,碳酸盐含量较高;反之,气温上升,湿度增加。b*值和a*值与沉积物中Fe、Mg含量相关,高a*值反映气温较高,b*值可用于反映湖水深度变化和有效湿度的变化,b*值高,湖水浅,氧化作用增强。察尔汗地区色度曲线反映的气候变化特征与其他的气候指标曲线相吻合。     

晚冰期以来乌伦古湖沉积物多指标高分辨率的古环境演化

对位于北疆福海县的乌伦古湖Ulungur10B孔岩芯进行分析,以AMS~(14)C测年为年代框架,结合粒度、烧失量和色度指标重建了该地区12.3 cal ka BP以来的古环境演化。结果显示:12.3~11.2 cal ka BP期间,湖泊有机质含量较高,区域有效湿度较大;11.2~7.4 cal ka BP期间,沉积物平均粒径大,有机质含量低,色度a*值、b*值偏大,区域气候冷干,湖面水位较低;7.4~4.3 cal kaBP期间,沉积物平均粒径减小,有机质含量升高,色度a*值、b*值减小,区域气候暖湿,湖泊水位较高;4.3 cal ka BP以来指标在波动中变化,反映湖泊水位在波动中变化,区域有效湿度有所降低。乌伦古湖晚冰期以来古环境演化与周边环境记录一致,气候变化模式符合中亚干旱区全新世气候变化的西风模式。     

新疆青海地区现代地表沉积物颜色指标与气候参数关系

为更好理解现代沉积物颜色指标（亮度L^*、红度a^*和黄度b^*）与气候参数（年平均温度和年平均降水量）关系,采集新疆和青海地区大空间尺度上104 个地表沉积物样品,运用空间分析与传统统计方法相结合探讨了颜色指标与气候参数的空间趋势特征及局部空间关系,并分析二者之间的相关性。研究发现无论是年平均温度和L^*、a^*和b^*的趋势分析还是空间关联分析,年平均温度和L^*、a^*和b^*在研究区域的不同地区具有不同的关系特征. 年平均降水量和L^*、a^*和b^*的趋势分析在研究区域的不同地区呈现负相关,空间关联分析中在东南部和中部年平均降水量与L^*、a^*和b^*呈现负相关的关系特征.该地区现代表土沉积物颜色指标（L^*、a^*和b^*）与年平均降水量呈负相关关系,相关系数分别为-0.26、-0.35 和-0.29（P=0.01）,与年平均温度相关性不显著,可能与年平均温度和颜色指标在研究区域的不同地区具有不同的相关性有关。现代地表沉积物颜色指标与气候参数的相关性高低,与采样点的数量、分布密度、跨度、地带性土壤类型、相关性分析方法等有关. 本研究对新疆和青海地区地表沉积物颜色指标与气候参数之间关系的探讨,为深入探讨该地区地层颜色指标与古气候环境关系提供参考依据。     

表土分粒级碳酸盐与碳同位素分布特征及其凤尘源区示踪意义

对科尔沁沙地、松嫩沙地及哈尔滨道路松散裸土等不同区域表土样品进行粒度分级,分别测定碳酸盐含量和碳同位素组成,发现大部分沙地样品和全部道路表土样品的碳酸盐含量随粒度变细而增大.松嫩沙地的部分样品和科尔沁沙地的大部分样品碳酸盐含量随粒度变化还表现出其它复杂关系,风成砂和经历过强烈成壤作用改造的沙地样品中的碳酸盐含量与粒度的关系皆表现为随粒度变细而减小;大部分沙地样品和道路表土样品不同粒级组分的碳酸盐δ13C组成表现出随粒度变细而趋于偏正的特征,但变化范围较小.松嫩沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量的地区差异性极不明显,且各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度大大超过了其碳酸盐区域差异值,故不能作为区分松嫩沙地和科尔沁沙地风尘源区的示踪指标;而科尔沁沙地和松嫩沙地碳酸盐δ13C组成存在明显差异,且不同粒级组分碳酸盐δ13C值差别较小,是一个比碳酸盐含量更好的风尘源区示踪指标.     

烧失量分析在湖泊沉积与环境变化研究中的应用

烧失量分析是一种便捷的测定湖泊沉积物有机碳与碳酸盐含量的方法。由于沉积物烧失量主要受区域气温、有效降水等气候环境条件的控制,因此烧失量反映湖泊气候环境特征,成为指示区域气候环境变化的重要指标,该项指标在环境变化研究中具有重要作用。     

岷江上游河谷土壤发生的空间分异及环境意义

分析了岷江上游河谷沿岸及九顶山西北坡表层土壤粒度、氧化铁、有机质、碳酸盐、pH、有机碳同位素、阳离子交换性、粘土矿物等理化性质。结果表明,三江至映秀段土壤具有较高的粘粉比、铁游离度及粘粒和有机质含量,而碳酸盐含量、pH和有机质δ¹³C值相对偏低,说明土壤发育较好、淋溶作用较强,反映了气候湿润和植被以乔木为主的环境特征;草坡至凤仪段土壤颗粒较粗、碳酸盐含量和pH较高,而铁游度和有机质含量较低,有机质δ¹³C值偏重,反映出干旱的气候和以C₄植被为主的环境特征。九顶山西北坡土壤随海拔的增加粘粉比、有机质含量增大,出现纤铁矿而方解石缺失,反映干旱河谷区高海拔气候湿润;而海拔低于2 000 m的土壤粘粉比和粘粒、有机质含量较低,方解石含量和pH值较高,指示了干旱的气候特征。     

异龙湖湖泊沉积对流域人类活动的响应

通过对异龙湖短钻岩芯沉积物粒度、碳酸盐以及有机质含量等环境代用指标研究,结合文献资料和当地气象数据并参考实验室其他项目组137Cs-210Pb方法建立的年代标尺,讨论了异龙湖流域1880年以来的环境变化和人类活动对湖泊沉积环境的影响。结果表明:岩芯35~25 cm段(1880—1936年)碳酸盐含量、中值粒径均值较高,表明这一时期为暖湿气候,TOC含量处于低值且平缓,证实人类活动对周围环境影响较小,湖泊环境变化的影响因素以自然因素为主;至25~15 cm段(1936—1996年)碳酸盐含量明显下降,有机质含量快速增加,指示湖泊沉积环境受人类活动影响强烈,碳酸根离子等其他化合物含量、反应条件、过程及碳酸盐沉淀保存条件发生改变,在此种情况下,指标已不能指示湖泊环境变化;岩芯15~0 cm段(1996—2013年)沉积物粘土含量升高,砂含量降低,应与异龙湖流域防护林工程有关,这一时期的指标特征表明人类活动强度较之前有所减弱,并且开始有意识地恢复流域生态。     

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。     

青海湖布哈河流域表土DNA浓度的空间分布及影响因素

沉积物DNA因可提供地理环境中带有时间刻度的生物动态信息,被广泛应用于气候变化、生态功能及环境考古等方面的研究。但对该指标在流域范围内的地表过程及影响因素仍缺乏全面了解,限制了沉积物DNA数据分析的准确性与合理性。本文以适宜DNA保存的青海湖西北部布哈河流域表土为载体,通过提取表土DNA浓度并测定粒度、元素、烧失量和TOC等土壤理化特征,结合气候、植被覆盖、土地利用等环境要素,耦合分析该流域表土DNA浓度空间分布的非生物影响因素。结果表明：(1)布哈河流域表土DNA平均浓度为0.91μg/g,干流中游及支流吉尔孟河区域的DNA浓度最高,而靠近湖区的布哈河下游段则含量较低;(2)该流域表土DNA浓度与其自身的黏粒和有机质含量呈正相关,而与砂含量和风化淋溶强度呈负相关;(3)高植被覆盖和频繁的放牧活动有助于DNA在土壤中的富集,而暖湿环境下较强的风化淋溶、河流搬运、农耕活动则会降低土壤DNA浓度。上述结果为理解布哈河流域沉积物DNA的埋藏过程及影响因素提供了科学依据,也为未来重建青海湖西侧沉积物DNA组成及区域生态环境、人地关系演变奠定了基础。     

达里诺尔湖沉积物粒度及营养盐垂直分布特征变化

通过对达里湖湖中心柱状沉积岩芯总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)和粒度指标的测试与分析,探讨其垂向分布特征及影响因素。结果表明,营养盐TN、TP和OM的含量分别为2.12~3.71 g/kg、0.48~0.74 g/kg和4.71%~7.97%,平均值分别为2.98 g/kg、0.64 g/kg和6.29%。1832~1941年,TN、TP和OM含量较为稳定且含量较低;1941~1965年,TN和TP含量不同程度上先增加后减小,OM含量呈减小趋势;1965~2011年,TN、TP和OM含量整体上表现为增加趋势。沉积物中C/N值显示有机质及营养盐的主要来源为浮游动植物,沉积物粒级组成以粘土为主。沉积物中OM与TN和TP极显著相关,说明沉积物中氮主要以有机氮的形式存在,有机质与磷的生物地球化学循环也有相当紧密的关联;TN与TP表现出极显著相关性,说明沉积物氮、磷在沉积行为上有一定的相似性。沉积物中TN、TP和有机质与粒径小于4μm的颗粒正相关,与其它粒径的颗粒负相关。     

南极大气CO_2、CH_4和N_2O本底趋势特征分析

对南极大气温室气体CO_2(含δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2)、CH_4和N_2O长期测值进行比较分析。结果表明,南极是全球大气温室气体浓度(CO_2稳定同位素丰度值)随纬度分布变化中的最低(高)区域。南极大气温室气体浓度值变化趋势、年增长率与全球整体上一致,但在具体数值上存在差异。南极CO_2平均年增长率(1958—2014年)为(1.43±0.59)mg·L~(–1)·a~(–1),低于同期赤道(1.51±0.72)mg·L~(–1)·a~(–1),但1980—2014年和2000—2014年年增长率均高于南半球中纬度地区。δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2丰度趋势揭示了化石燃料排放和全球尺度过程对CO_2的影响,但南极是受影响最小的区域。1983—2014年南极CH_4平均增长率为(6.2±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),低于北半球中纬度(6.5±5.6)μg·L~(–1)·a~(–1)而高于赤道(5.6±5.3)μg·L~(–1)·a~(–1)和南半球中纬度(6.1±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),这与CH_4人为排放增强主要在北半球中纬度地区而显著被OH氧化在赤道和中纬度地区的事实是吻合的。南极N_2O平均年增长率为(0.87±0.15)μg·L~(–1)·a~(–1)(2005—2013年),与南半球中纬度地区接近但低于北半球而高于赤道地区。     

烧失法测定有机质和碳酸盐的精度控制

利用水系沉积物参考样M-278和KMF,研究了温度在550℃烧灼时沉积物样品的烧失量,测定结果表明:样品在马弗炉中位置的不同,能显著影响测量结果。为减少样品因位置的差异而引起的分析误差,样品应尽量避免放置在炉门附近。但是,对于靠近炉门附近的样品,它们的测量值可以通过乘上校正系数r1=1.057和r2=0.97分别校正测定有机质和碳酸盐含量的误差。     

山东长岛黄土沉积物的磁性与碳酸盐特征及其环境意义初探

通过对长岛沉积物采样和磁性测试,分析和讨论了长岛黄土沉积物的磁性特征:该剖面磁性矿物的含量并不是很高,且以亚铁磁性矿物为主,磁性矿物的粒度主要以细粒为主,亚铁磁性矿物的变化在沉积物磁性变化中占主导地位.通过对沉积物磁性特征和碳酸盐特征的对比发现:该剖面沉积物磁化率和碳酸盐具有很好的对应关系,并且明显表现出4个阶段的主要变化,对应了暖湿和冷干的气候旋回.根据沉积物的磁化率与古气候环境的内在联系,结合碳酸盐含量变化情况,对该地区风成沉积物的物源变迁及环境演变也进行了初步探讨和分析.     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

贵州红枫湖纹理沉积物中近代气温记录

本通过红枫湖纹理沉积物柱芯碳酸盐特征剖面与流域气温资料对比、沉积纹理年代校正以及早期成岩化学过程对碳酸盐沉积记录的改造作用等方面的研究，表明湖泊碳酸盐沉积记录基本不受早期成岩作用的影响，碳酸钙含量和ＣａＯ／ＭｇＯ·Ａｌ２Ｏ３比值可作为湖泊沉物中具高分辨率、短时间尺度的气温变化的代用指标。     

青藏高原东缘山地古冰川沉积物磁化率特点及其影响因素分析

湖泊、黄土与古土壤、深海沉积物等连续沉积体的磁化率变化作为环境变化的替代性指标被广泛应用,然而对于非连续、能够反映特定时段气候变化的沉积体,如冰川沉积物的磁化率却较少涉及.本文通过对青藏高原东缘8 个典型冰川发育山地冰碛物磁化率进行研究,并与黄土、湖泊、深海沉积物以及不同区域的表土磁化率进行对比,采用质量磁化率和频率磁化率探讨冰碛物的磁化率特点及其影响因素.结果表明：青藏高原东缘山地的冰碛物质量磁化率呈宽幅波动,介于(3.01~1808.80)×10^-8 m³·kg^-1,平均值147.84×10^-8 m³·kg^-1;频率磁化率值较低、且波动幅度小,介于0~6.89%,平均值为1.37%.不同时空条件下冰碛物的磁化率特点不同,即不同地点同一冰期磁化率的差异显著;同一地点不同冰期冰碛物的磁化率变化不明显.影响冰碛物磁化率的主导因素是母岩的岩性条件,气候因素起次要作用.     

福建仙山泥炭距今1400a以来的α-纤维素δ~(13)C记录及其气候意义

基于对福建屏南仙山泥炭沉积物中物理化学性质十分稳定的α-纤维素的提取及其碳同位素分析,重建了研究区距今1 400 a以来的气候演化历史。研究结果显示:仙山泥炭钻孔中α-纤维素δ13C值的变化范围为-26.6‰~-11.3‰,其大幅度的波动特征主要与区域降水控制的盆地沉积环境变化有关,当降水偏多时盆地积水形成类似湖泊的水下沉积环境,沉积物中有机质主要来源于δ13C值偏重的沉水植物;反之则以δ13C值偏轻的沼泽植物为主。依据AMS14C测年的结果,距今1 400 a以来研究区经历了气候偏湿(AD 600~910年)-偏干(AD910~1640年)-偏湿(AD 1640年至今)3个变化阶段。在数十年至百年时间尺度上,纤维素δ13C记录中出现的降水减少时期与太阳活动极小期(中世纪极小期、欧特极小期、沃夫极小期、史波勒极小期、蒙德极小期和道尔顿极小期)一一对应,两者呈现正相关关系,揭示太阳活动的减弱是控制研究区降水减少的主要因素,为预测区域降水变化趋势提供了依据。     

新疆表土磁学性质及其环境意义

在新疆地区采集了331块表土样品,分析了样品的磁性特征(磁性矿物种类、磁性矿物含量和粒径组成)及其环境意义。结果指示新疆地区表土磁性特征存在较大的区域差异。北疆样品中磁性矿物总体含量较高,以单畴和假单畴颗粒的磁铁矿、磁赤铁矿等软磁性矿物为主,南疆样品中磁性矿物含量较低,硬磁质含量稍高,单畴颗粒矿物所占比重较北疆低;伊犁地区样品的磁性矿物在组成上与南疆样品更为接近,但成壤相对较强,超顺磁颗粒含量高。新疆地区表土磁性特征差异在一定程度上反映了新疆地区环境因子的区域差异,尤其是年均降水的不同。