海洋沉积粘土矿物与古气候、古环境演化响应的研究进展

海洋沉积物记录了海洋物理和化学过程以及全球气候和环境变化历史的信息。近年来的研究表明 ,占沉积物组分一定比例的粘土矿物组合的变化与长期气候演变存在一定的关系 ,粘土周期性沉积响应与地球轨道驱动因子作用有关 ,陆源粘土通量既受大陆冰盖厚度和海平面变化以及环流强度的控制 ,同时又受源区物理、化学风化程度的影响。因此 ,粘土矿物组合的变化反映了源区气候冷、暖周期性旋回 ,记录了搬运、再沉积和环境演化的重要信息 ,为古环境再造、古季风变迁以及海陆对比提供了有力证据 ,同时也为洋盆及其边缘海形成、地球演化及重建中生代以来…     

晚新生代红粘土的粒度分布及其指示的冬季风演变

晚新生代黄土高原红粘土的粒度分布具有明显的三峰分布 ,分别在 2～ 2 0、2 0～ 10 0和 0 .0 4～ 1μm出现峰值 ,每个峰值对应于不同的形成过程 ,与晚第四纪黄土一致。方式 C粒子 (0 .0 4～ 1μm)可能代表本底气溶胶粒子的沉积物 ,方式 A粒子 (2 0～ 10 0μm)代表冬季风尘暴搬运的大气粉尘 ,方式 B粒子 (2～ 2 0μm)代表冬季风正常搬运的大气粉尘。红粘土的粒度分布表明 ,东亚冬季风环流而非北半球西风环流控制着红粘土物质的堆积过程。红粘土中 >19μm的粗粒子组分指示了东亚冬季风演化历史 :6 .5 Ma BP冬季风开始发育 ,5 .2～ 4.5 Ma BP冬季风减弱并达到最低值 ,4.5～ 3.6 Ma BP冬季风由弱变强 ,3.6～ 2 .6 Ma BP冬季风快速增强并达到最大值。     

冲绳海槽近3.5万a来陆源物质沉积通量及其对气候变化的响应

以冲绳海槽DGKS9603孔沉积物为研究对象,利用元素地球化学成分数据因子分析方法把混合源沉积物分离成陆源、火山源和生物源.结合沉积物干样密度和沉积速率对冲绳海槽近3.5万a以来沉积物中陆源物质沉积通量进行了估计,进而揭示陆源物质供应对气候变化的响应规律.研究表明,冲绳海槽的陆源物质主要来源于长江输运的我国大陆物质.在冰期—间冰期时间尺度上,海平面涨落导致的长江与海槽之间距离的伸缩是制约陆源物质通量变化的主要因素;在盛冰期和气候变冷事件(Heinrich事件)期间,东亚冬季风的增强使更多的粉砂级物质进入冲绳海槽,导致陆源物质通量增加.冲绳海槽沉积物记录的Heinrich事件与增强的东亚冬季风密切相关.     

青藏高原东部边缘"成都黏土"粒度记录的约500 kaBP的干旱化增强事件

亚洲内陆干旱化是新生代青藏高原隆升和全球气候恶化的重要标志。对位于青藏高原东部边缘的成都黏土粒度记录的研究,及与黄土高原地区粒度记录的对比,表明该地区的粒度记录都在约500kaBP时发生了一次明显的粒度增大、粗颗粒含量增加的变化,表明东亚地区约500kaBP以来发生了一次明显的干旱化增强事件,推测青藏高原在中更新世强烈隆升进入冰冻圈,导致中下层西风环流显著分叉绕流以及随后的进一步强化,是亚洲内陆干旱化阶段性增强的重要原因。     

晚新生代风尘沉积的稀土元素地球化学特征及其古气候意义

通过西峰巴家咀剖面晚新生代风尘沉积中的红粘土、黄土、古土壤的稀土元素、分布模式、特征参数的研究，并与晚第三纪红色沙漠风成砂、晚第三纪河流相细砂岩、第四纪沙漠风成砂、现代尘暴粉尘、中国黄土以及青藏高原远源西风粉尘进行对比分析，结果表明，晚新生代风尘沉积物均具有轻稀土适度富集、缓右倾斜型、Eu负异常的REE分布模式；晚第三纪红色沙漠是红粘土的主要物源之一；红粘土和典型的风尘物质－现代尘暴粉尘及中国黄土有相似的沙漠物质来源和形成过程，与基岩明显不同，这为红粘土的“风成说”而非“残积说”提供了新的证据。巴家咀红粘土的堆积过程与第四纪黄土相似，东亚季风环流而非西风环流控制着沙漠区粉尘物质的输送。     

8 ka来东海内陆架泥质区高分辨率沉积记录对东亚冬季风的响应

依据东海内陆架泥质区D03钻孔岩芯沉积物高分辨率粒度分析结果，筛选了对东亚冬季风有良好显示的敏感粒级，结合高精度年代框架，揭示了近8 ka以来东亚冬季风波动在泥质区的沉积记录，包括11个千年尺度的气候波动事件和5.4～4.9、1.8 kaBP以来的百年尺度的快速气候波动。与石笋、冰芯和泥炭的氧同位素曲线对比发现，东亚冬季风增强与世界范围的“8.2 ka”、“4.9 ka”、“3.8 ka”、“1.4 ka”和小冰期事件均有良好的对应关系，建立了全新世东亚冬季风增强与气候变冷事件的内在联系。8 ka以来东亚冬季风的演化大致可以分为3个阶段，即8.2～4.8 kaBP中高频波动期、4.8～1.8 kaBP波动较弱稳定期和1.8 kaBP以来的高频波动期。     

西太平洋风尘沉积记录研究进展

研究海底风尘组份、来源和通量的地质记录,对于理解风尘在行星辐射平衡、全球大洋的营养盐供应及碳循环中的作用,以及源区古气候和古大气环流重建有着非常重要的意义。作为全球第二大风尘源区的亚洲内陆,其风尘产物主要被东亚冬季风及西风带携带至西太平洋。现有西太平洋风尘沉积记录的工作主要集中在冰期-间冰期时间尺度,尤其近几年在西菲律宾海和赤道太平洋第四纪风尘物源及通量变化方面取得了重要的进展,在日本海中新世以来的长期风尘记录及其驱动机制方面也获得了重要认识。至少在晚第四纪以来的冰期-间冰期时间尺度上,从高纬度到赤道甚至南极的全球范围,风尘通量在冰期约高出间冰期2—3倍,表明冰期风尘源区更加干旱而风力更为强劲。在新生代以来,西太平洋的长期风尘输入主要反映了亚洲内陆干旱逐渐增强,是受到青藏高原隆起和全球变冷的共同影响。但是,总体上西太平洋风尘沉积的研究程度非常低,突出反映在以下几个方面:风尘从源到汇搬运和沉积过程的现代观测的缺乏、大洋风尘组分含量及通量定量化中的误区、西太平洋风尘沉积长期演变特征、机制及风尘长期输入对大洋生产力及全球碳循环的影响方面的研究亟待加强。     

亚洲南部地区海陆分布对亚洲冬季风影响的数值试验

利用美国国家大气研究中心研制的第三代公共气候模式CCM3/NCAR,设计了一系列数值试验,研究非洲大陆、印度半岛、中南半岛与其周围的阿拉伯海、印度洋和孟加拉湾及南海海陆交叉分布对亚洲冬季风环流形成的重要作用.试验结果表明:亚洲南部地区的阿拉伯海、孟加拉湾和南海冬季风及其越赤道气流的存在与非洲大陆-阿拉伯海-印度半岛-孟加拉湾-中南半岛-南海的海陆热力差异有关;并且冬季热带地区北风分量的产生也与次行星尺度海陆热力差有关,同时这些次行星尺度海陆热力差也对副热带和高纬度冬季风形成有明显作用.试验结果也表明中南半岛不仅对临近的冬季风有局地的影响,对冬季风的传播也有重要的作用,中南半岛的存在减弱了流向孟加拉湾和印度的冬季偏东风气流,使部分气流在南海转向,形成了南海冬季风;另外,非洲陆地、印度半岛和中南半岛的存在都能对其高空的副热带急流产生重要的影响,尤其是印度半岛和中南半岛的存在对高原南支副热带急流的维持有重要的作用;另外也讨论了这些陆地与海洋间的热力差对冬季地面气温和降水的影响.     

山西榆社-太谷盆地上新世中晚期的植被与环境

山西中、东部的榆社、太谷盆地发育了良好的上新世河湖相地层，其丰富的植物、鱼类和哺乳类化石为我们提供了一个古植被和古环境研究的理想场所。根据榆社盆地磁笥年表以及化石组合特征，榆社、太谷盆地约为5．5MaBP以来的套沉积、榆社张村组与太谷小白组的沉积时代相当，大约形成于3．5－2．3MaBP。从大约4．4MaBP开始，较高含量的云杉、冷杉花粉显示研究区已有暗针叶林生长，从3．5MaBP开始，暗针叶林有了较大的发展，存在大面积的暗针叶林纯林。大致从上新世中期的4．4MaBP开始，气候已经开始变冷，并有较明显的干湿波动，蒿、藜为主的干草原大约从2．3MaBP开始繁盛，表明研究区转变为干冷气候。     

极端干旱区黄土土壤容重的测量及其古气候意义

黄土和古土壤的容重,不仅可以反映东亚冬、夏季风强度的变化,而且还是计算粉尘沉积通量的基础,因此,在古气候研究以及亚洲内陆干旱化重建过程中具有重要的意义。目前,黄土土壤容重的研究大都集中在黄土高原地区,而作为黄土高原主要源区的中国西北内陆极端干旱区,关于土壤容重的测量方法以及古气候意义涉及的较少。在前人研究的基础上,提出了适合亚洲内陆极端干旱区黄土容重测量的理想方法,并发现该区的黄土容重值同粒度以及磁化率的变化均呈明显的负相关关系,这与黄土高原有很大的不同。进一步的分析表明,在极端干旱区,黄土容重的变化主要反映了源区干旱程度的变化,季风强度对容重的影响微弱。     

晚更新世末期东亚季风活动与陆架区沉积环境变迁

从距今 18 0 0 0年的最后冰期最盛时期到距今 10 0 0 0年开始的全新世海侵 ,全球气侯发生过急剧的变化。位于亚洲东部的古季风活动也经历了盛衰变化。大量的钻孔及浅地层剖面分析资料已经证实 ,冰期最盛时期陆架区古季风活动加强 ,陆架出现了沙漠环境与黄土沉积。当冰期结束 ,气候转暖 ,冬季风减弱之际 ,南黄海陆架及长江三角洲一带的沙漠与黄土分布范围也随之缩小 ,原先的沙漠活动区变成了黄土分布区 ,也就是所谓硬粘土沉积区。随着古季风活动的进一步衰退和海面的不断升高 ,来自陆架区的东北风变为冷湿气流。长江三角洲地区和陆架上出现了有利于沼泽发育的环境 ,全新世海侵把泥炭层淹没。陆架区晚更新世末期以来的地层中出现沙层、硬粘土和泥炭层的沉积序列 ,即“三元沉积结构”,是古冬季风盛衰过程的最好记录     

近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源及其对气候波动的响应

基于AMS¹⁴C定年结果,对近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度、黏土矿物组成及结晶学特征等进行研究,分析该区沉积特征、物质来源及近千年来环境演化的沉积记录。结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物主要为细粒的粉砂和黏土,沉积速率平均为34.44 cm/ka,低于东海陆架和冲绳海槽南部,高于开阔大洋,具有从陆架向大洋过渡的沉积特征。黏土矿物组成的分析结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物黏土矿物组成以伊利石(平均57%)和蒙脱石(平均25%)为主,含有少量绿泥石(平均16%),几乎不含高岭石(平均2%),其中蒙脱石主要来源于吕宋岛弧物质输送和附近海域原位的基性火山物质蚀变,伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入,高岭石主要来源于台湾东部河流和吕宋岛弧物质输入。黏土矿物的物源定量识别研究表明,研究站位的黏土矿物有26%～72%来源于亚洲大陆风尘输送,11%～55%来源于台湾东部河流输入,11%～26%来源于吕宋岛弧物质输送。近千年来沉积物物源的变化特征较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期这3个百年尺度的全球性气候变化阶段。亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入对研究区沉积物的相对贡献量变化反映了中世纪暖期较强的东亚冬季风特征和台湾地区较为干旱的气候环境,同时也反映了小冰期逐渐减弱的东亚冬季风强度和台湾地区较为湿润的气候环境。现代暖期和中世纪暖期在东亚热力差异和降水异常上的差别反映了人类活动对沉积物的扰动。而研究区小规模的沉积特征突变事件主要与暴雨、台风和地震活动相关。     

柴达木盆地苏干湖沉积元素特征与大风尘暴事件

通过分析苏干湖地区降尘(含尘暴样品)、湖泊表层沉积(碎屑沉积)以及湖泊东部地表沉积3组样品的元素组成特征发现:3组样品具有同源性,Al和Ti在粉尘释放—沉积中行为稳定,Fe可能受元素分馏效应的影响,在湖泊沉积中富集程度相对较高。6次典型尘暴特征分析结果表明,尘暴降尘中Al、Fe、Ti通量的变化与尘暴发生期间10 min平均风速及其变差系数(Cv)间存在显著的相关关系。Al、Fe、Ti通量不仅可以作为尘暴中风速变化的替代指标,而且可以指示尘暴事件中风速的变化幅度。苏干湖现代沉积(岩心)中Al、Fe、Ti通量变化与冷湖气象站44年的年均大风日数记录具有较好的一致性。因此,可以利用湖泊现代沉积中风成输入碎屑组分(去除有机质和碳酸盐)的Al、Fe、Ti通量作为大风尘暴事件的替代指标,以重建地质历史时期柴达木盆地粉尘源区尘暴演化序列或者粉尘释放历史。     

北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏特征

北黄海西部泥质区沉积环境稳定、沉积记录连续,是重建过去周边流域变化与黄海海洋环境信息的良好载体。目前围绕北黄海西部泥质区沉积有机碳的研究工作多局限于通过表层沉积物揭示其现代分布特征,对于该泥质区长时间尺度沉积有机碳埋藏过程与机制的研究相对薄弱。通过北黄海西部泥质区W03岩芯的总有机碳指标,重建了全新世以来北黄海西部沉积有机碳的埋藏特征,探讨了气候及海洋环境变化对北黄海西部沉积有机碳埋藏的控制机制。研究表明：海平面上升的停滞期（10.3～9.8 cal.kaBP）,发育硬质黏土层,有机碳以陆源输入为主（60.7%）,动荡的沉积环境导致总有机碳含量相对较低,平均含量仅为0.22%;海平面上升期（9.8～7.0 cal.kaBP）,海源有机碳的贡献增加（47.7%）,相对稳定的沉积环境有利于该时期有机碳的埋藏;高海平面以来（7.0 cal.kaBP至今）,黄海环流体系逐渐形成,陆源有机碳输入随着东亚冬季风驱动的沿岸流强度变化发生相应的改变,海源有机碳的贡献继续增加（50.0%）,总有机碳的含量升高至0.58%。北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏主要受控于海平面变化和海洋环流体系的运动。     

印尼海道的两度关闭与西太平洋暖池的形成和兴衰

世界海洋表层水温最高的西太平洋暖池,是全球驱动大气环流的最大热源之一,也是全球热盐环流传输带的热源。新生代晚期印尼海道的关闭是暖池得以形成的基本条件。在印尼海道区划出了对印度尼西亚穿越流起阻挡作用的5道屏障,分析了5道屏障的形成过程和年代,据此提出了印尼海道两度关闭的模式。板块运动导致印尼海道关闭,有利于暖池发展,同时也存在不利的负面影响,本区构造运动对暖池的演变具有特有的双向复合控制作用;由此出发勾勒了近1000多万年来西太平洋暖池的形成和兴衰史：11～9MaBP为原始暖池形成期,9～6MaBP为暖池演化的第一衰退期,6MaBP以来为现代暖池的孕育和发展期,其间在1～0.2MaBP穿插着暖池演化的第二衰退期。上述暖池兴衰史的演化模式,得到了暖池区ODP1143站浮游有孔虫组合所反映的古海水温跃层深度的验证。     

3.0～2.0 MaBP 南海南部深海沉积物孢粉记录及其对全球气候变化的响应

为了探索和揭示2.5 MaBP前后东亚季风演变历史及植被演替对气候演化的响应,对南海南部大洋钻探ODP1143站(9°22'N、113°17'E)深海柱状样的上部135～95 m(3.0～2.0 MaBP)共146个孢粉样品进行了分析研究,时间分辨率为7 ka/样,孢粉谱显示沉积率变化显著,以2.6 MaBP为界可明显分为两个阶段,与前一阶段3.0～2.6 MaBP相比,2.6～2.0 MaBP时段各类型花粉及孢子沉积率均有显著提高.该结果表明2.6 MaBP南海海平面有显著下降,可与北半球冰盖形成、东亚季风增强相对应.2.6 MaBP以后,各类型孢粉沉积率高低变化揭示南海海平面有多次上升和下降,代表了多次冰期-间冰期旋回.该结果与深海氧同位素分期相对应.频谱分析表明3.0～2.0 MaBP存在0.1 Ma(偏心率)和46.9 ka(斜率)的周期.     

佳县红粘土堆积序列频率磁化率的古气候意义

佳县红粘土剖面的磁性地层学研究证明，黄土高原北部风尘堆积的起始年代可以追溯到8．35Ma以前，通过进一步的磁化率测量和频率磁化率分析，发现佳县红粘土及上覆部分午城黄土—古土壤序列的磁化率和频率磁化率之间存在良好的正相关关系，表明成壤作用过程中由生物作用或风化作用形成的超顺磁颗粒和磁性矿物对磁化率和频率磁化率的增大具有重要贡献；同时，剖面中红粘土频率磁化率的百分含量明显高于上部午城黄土，指示了红粘土堆积较强的成壤作用，表明黄土高原普遍发育的红粘土堆积具有相似的磁学性质和古气候意义，并在空间尺度上可以对比。佳县风尘堆积的频率磁化率年代序列指示了3．6Ma以来，尤其是2．7Ma后气候波动加剧和北方干旱化增强。     

3.0～2.0 MaBP南海南部深海沉积物孢粉记录及其对全球气候变化的响应

为了探索和揭示2.5MaBP前后东亚季风演变历史及植被演替对气候演化的响应,对南海南部大洋钻探ODP1143站(9°22'N、113°17'E)深海柱状样的上部135～95m(3.0～2.0MaBP)共146个孢粉样品进行了分析研究,时间分辨率为7ka/样,孢粉谱显示沉积率变化显著,以2.6MaBP为界可明显分为两个阶段,与前一阶段3.0～2.6MaBP相比,2.6～2.0MaBP时段各类型花粉及孢子沉积率均有显著提高。该结果表明2.6MaBP南海海平面有显著下降,可与北半球冰盖形成、东亚季风增强相对应。2.6MaBP以后,各类型孢粉沉积率高低变化揭示南海海平面有多次上升和下降,代表了多次冰期-间冰期旋回。该结果与深海氧同位素分期相对应。频谱分析表明3.0～2.0MaBP存在0.1Ma(偏心率)和46.9ka(斜率)的周期。     

北京邻区1.2Ma以来黄土沉积及其对东部沙漠扩张的指示

远离黄土高原主体的北京邻区延－怀－涿盆地沉积了总厚度超过１００ｍ的厚层黄土,其底部可见Ｌ１５,对应的年龄约为１．２Ｍａ。对剖面进行的粒度分析揭示,在０．２５Ｍａ（氧同位素８阶段）前后,黄土层的中值粒径发生了突变,从平均２０～３０μｍ变为４５～６０μｍ,相应粗颗粒（＞６５μｍ）比例也大幅增加,从１５％～２５％增至４０％～５０％。这一变化是以往在远离沙漠源区的黄土沉积中所未见的,表明我国北部沙漠和戈壁干旱化程度和范围在这一时间发生了重大的变化,从而使北京黄土沉积区和源区的距离出现了突变。     

早更新世以来腾格里沙漠形成与演化的风成沉积证据

对陇西盆地六盘山西侧山麓剥蚀面上厚约223 m的断岘黄土-古土壤剖面的古地磁、磁化率和粒度进行分析,该剖面具有1.8 Ma以来完整的风成沉积旋回。主要应用砂粒百分含量(>63μm)作为指示风成物质来源区沙漠范围和气候干旱的直接指标,初步发现腾格里沙漠自1.8 Ma以来至少有2次大的扩张与变化过程,分别发生在1.1和0.8 MaBP前后,表明腾格里沙漠的扩张与变化可能同全球性的冰量增加和冬季风增强以及区域性的青藏高原隆升有成因上的联系。