南京下蜀黄土古气候序列的初步研究

南京下蜀黄土是我国第四纪地层的重要组成部分,历来受到地学界各学科的普遍关注。前人对下蜀黄土的形成、环境和时代归属等作过大量的工作,曾提出多种方案,但尚未有一致的结论。南京附近下蜀黄土是由     

南京下蜀黄土颗粒分形研究

根据分形理论,研究了南京下蜀黄土粒度分形结构特征,发现在双对数坐标下粒径和粒度含量之间存在明显的线性关系,表明粒度组成具有分形结构。通过对下蜀黄土颗粒分形的计算,结果显示颗粒分维值随着粘粒含量的增大而增大,且与不均匀系数和曲率系数有良好的非线性关系。在此基础上,讨论了粒度分维所具有的工程地质意义。最后指出粒度分维体现了土体工程地质性质的本质,可以考虑作为土体分类的一个合理指标。     

南京下蜀黄土记录的250~100ka期间的环境演化信息

下蜀黄土记录了东亚季风环境演变的重要信息,是全球气候变化研究的重要载体。通过对南京仙林(XL)剖面下蜀黄土地球化学元素、风化指标和磁化率指标的综合分析,讨论了南京下蜀黄土的化学风化程度及沉积环境。研究结果表明,南京下蜀黄土的常量元素与上陆壳化学组分接近,显示其物质来源比较稳定,在堆积以前经历了充分的混合。XL地区的沉积环境比洛川黄土沉积环境要湿润,与洛川古土壤、镇江下蜀黄土的沉积环境接近,处于较为湿润条件下形成的中等风化阶段。在250~100ka期间,XL剖面的沉积环境经历了冷干-暖湿-冷湿-暖湿的变化特征。同时,长江中下游地区在此期间具有风化成壤作用逐渐增强、气候逐渐暖湿、东亚夏季风逐渐增强的特点。     

临夏黄土记录的26万年来季风快速变化

黄土高原西部高分辨率黄土序列开展的多代用指标研究,有助于揭示轨道-亚轨道尺度上东亚冬、夏季风的变化特征及动力机制。但针对同一地质记录提取冬、夏季风多代用指标进行对比和敏感性分析的工作尚不多见,因此制约了对季风快速变化特征和机理的理解。本文利用甘肃临夏85 m黄土岩芯开展高分辨率的粒度、磁化率和元素扫描分析,发现在轨道尺度上粒度和Zr/Rb比值显示的大幅冰期-间冰期波动与深海氧同位素记录有很好的对应关系,表明东亚冬季风的波动响应于北半球高纬冰量的变化。但在千年尺度上,粒度能更敏感地响应冬季风的快速变化;Rb/Sr比值和磁化率均能很好记录轨道尺度上的东亚夏季风波动,但在亚轨道尺度上Rb/Sr的敏感性明显高于磁化率。粒度、Zr/Rb和Rb/Sr所指示的东亚季风快速变化表现出较强的岁差信号,与石笋和北纬65°夏季太阳辐射有较好的对应关系,表明东亚季风变化也受到岁差直接驱动的夏季太阳辐射变的控制。在最后两个冰期-间冰期旋回中(即末期冰期旋回和倒数第二次冰期旋回)Rb/Sr及Zr/Rb比值和粒度记录分别可以辨别出与石笋相同数量级的变暖事件,但粒度记录的暖事件明显要多于Rb/Sr及Zr/Rb比值,且这些暖事件并不能一一对应。粒度及元素比值记录显著变冷的千年尺度的Heinrich(H)事件与石笋记录的夏季风明显减弱的事件有很好的对应关系,但其发生频率明显高于海洋记录。这些指标记录的千年尺度上波动信号的不一致性主要归因指标对不同气候要素敏感性的差异。未来需要进一步开展高分辨率多代用指标敏感性分析,选取对季风快速变化的敏感指标,有助于我们理解季风快速变化的特征(如周期和幅度等)和分析季风快速变化的时空差异性。     

15Ma以来海陆记录的轨道-构造尺度东亚季风的演化以及西北内陆的干旱化

通过对比分析中国内陆、南海和西北太平洋15Ma以来的构造和气候记录, 本文探讨了构造和轨道尺度上东亚季风和西北内陆的干旱化历史。构造尺度上, 在中中新世以来全球变冷的格局下, 东亚冬季风逐步增强。而东亚夏季风表现出从10Ma开始逐渐减弱, 4Ma再次增强的阶段性变化。我们推测在11.16~7.00Ma, 由于青藏高原向东北方向的扩张, 导致高原东北缘和西秦岭之间可能存在水汽通道, 夏季风降水可以通过水汽通道到达青藏高原的东北缘。7~8Ma之后水汽通道可能全部关闭, 加上全球变冷和夏季风的减弱, 西北内陆全面干旱, 同时高原东北缘的隆升也提供了粉尘物源, 风尘开始大面积堆积。2.75Ma 以来, 在冰期-间冰期旋回上, 夏季风变化领先冬季风约30ka, 分析表明冬季风与北极冰盖的强迫联系紧密, 而夏季风同时受到高纬冰盖和低纬过程的驱动。     

郑州邙山黄土碳酸盐和白云石含量记录的80 ka以来季风降水变化及驱动机制

揭示东亚季风气候精细变化过程和区域差异,是第四纪古气候学研究的重要内容。本文以季风影响显著的中原郑州黄土堆积上部31 m为研究对象,基于高密度光释光独立定年和619份样品的碳酸盐、白云石含量、磁化率测试,重建了约80 ka以来东亚季风降水/季风强度变化过程。黄土碳酸盐、白云石含量时间序列显示,末次间冰期末期以来,中原地区发生过数次季风降水增强事件,每次降水增强期持续时间短于岁差、偏心率等轨道周期,表明存在亚轨道时间尺度季风快速变化现象。中原黄土碳酸盐/白云石含量主要受土壤呼吸CO₂的影响,土壤呼吸CO₂含量由季风降水和土壤温度控制,因此,碳酸盐/白云石含量是东亚夏季风强度的良好替代指标。中原地区千年时间尺度的季风湿润和干旱事件与其他地区黄土、石笋记录具有同步性,证实在东亚季风降水核心区、中心区和边缘区千年时间尺度干湿变化的同步性,支持季风环流大空间同步增强的模式。这一季风降水型式与现代观测到的"南涝北旱"的"+-+"三极型季风降水分布不同,可能表明不同时间尺度季风降水型式有明显区别。进一步分析表明,季风降水增强/减少事件存在约22 ka和约1.6 ka的周期,表明低纬太阳辐射、大洋环流和高纬度冷事件对东亚季风的联合驱动作用。

     

二十二万年以来东亚夏季风的千年尺度变化及其在不同时期的差异

本文采用游离铁和全铁的比值,建立了0．220MaB．P．以来长武黄土-古土壤序列的高分辨率古风化强度序列,揭示出0．220MaB．P．以来黄土高原古环境发生了一系列千年尺度的变化,且多数在同一剖面的磁化率记录上没有明显反映或反映较弱。由于该地区冬季土壤温度低于0℃,化学风化的强度主要受控于夏季的温度和降水。据此我们认为,这种千年尺度的波动是东亚古夏季风强度变化的信号。此指标与格陵兰GRIP冰芯δ18O记录对比发现,二者在末次冰期有较好的吻合性,而夏季风在末次间冰期(深海氧同位素阶段5e)及以前的变化要平缓得多。因此,本文的结果显示出：0．220MaB．P．以来,东亚夏季风在千年尺度上的大幅度变化在末次冰期最为显著,此前则表现为一种较为稳定的模式。     

南京地区下蜀黄土磁性地层年代与古环境变化

通过对南京江北泰山新村下蜀土剖面所采的144个样品和南京江南燕子矶下蜀土剖面所采的467个样品所进行的古地磁测年、磁化率测量和粒度测定,建立了南京地区下蜀黄土地层220kaB.P.以来较精细的时间标尺;在此工作基础上,将南京下蜀黄土堆积所记录的环境信息同北方经典黄土、深海沉积氧同位素记录进行了对比,发现燕子矶剖面磁化率曲线能够与深海沉积氧同位素曲线1—7阶段进行良好的对比,两者之间的细节变化具有一致性,其中S0表现为高值,可与氧同位素曲线阶段1对比,为一高温期;L1可以划分为两层黄土(L1LL1、L1LL2)和一层弱发育的古土壤(L1SS1),L1LL1和L1LL2可与阶段2和4对比,L1SS1可与阶段3对比;S1古土壤层由3个古土壤亚层(S1SS1、S1SS2、S1SS3)和2个弱成土亚层(S1LL1、S1LL2)叠置而成,磁化率曲线具有明显的三峰夹两谷形式,正好可与氧同位素阶段5对比,表明这一时期的古气候特点是在湿热的背景下有两次干冷波动,其中S1SS1、S1SS2、S1SS3分别对应于5a、5c、5e,S1LL1、S1LL2对应于5b、5d;L2黄土磁化率曲线整体呈谷形,但中下部有一次峰,下部磁化率偏高,与阶段6的曲线特征相吻合;S2古土壤层未见底,目前获得的磁化率曲线特征可与7a和7b对比。以上研究结果确立了江南风尘堆积的古气候全球变化意义。     

青藏高原东部和湄公河盆地晚第四纪风化剥蚀与东亚季风演化在南海中的记录

通过南海西南部湄公河口MD01—2393孔和MD97—2150孔的高分辨率粘土矿物和粒度分析,及铷、锶、钕同位素分析,揭示出青藏高原东部和湄公河盆地晚第四纪190ka以来的风化剥蚀和东亚季风演化历史。铷、锶、钕同位素研究证实这两个孔的陆源碎屑物质主要来源于湄公河流域的直接输入。蒙脱石／(伊利石 绿泥石)值和蒙脱石／高岭石值指示了化学风化历史,而陆源碎屑颗粒的粒径比值2．5～6．5μm／15～55μm则指示了湄公河沉积物的供给能力。相对高的比值发生在间冰期,表明强盛的夏季风降雨和减弱的冬季风环流;相对低的比值对应于冰期,表明强盛的冬季风和减弱的夏季风,揭示出东亚季风气候驱动的风化剥蚀演化历史。东亚季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系,表明东亚季风演化的天文驱动机制。     

昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段记录的末次间冰阶千年尺度的气候波动

通过对昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段的年代测试、粒度参数(Mz和σ)以及主要氧化物(SiO2,Al2O3,TOFE(Fe2O3 FeO)和(Al2O3 TOFE)/SiO2比值)分析,并结合区域相关地层反映的古环境和腹足类化石指示的古生态,认为AQS3记录了末次间冰阶19个旋回的干冷与暖湿的气候波动。其中,15个具有千年尺度旋回的各个温暖期能够较好地与GRIP冰芯氧同位素曲线中的D-O事件在时代和气候性质上进行一一对比。可能是由于地处毗邻冰川山麓、加之海拔较高,故该层段粒度与主要氧化物显示的气候变动的幅度并不大,然而却相当敏感。不仅于此,这种千年尺度的温暖气候变化在昆仑山北麓及其近邻区域也有明显的表现。例如,在昆仑山北麓普鲁地层剖面中,指示暖干气候作用下形成的含石膏等盐类的砂土砾石层的TL年龄为距今31000年、45500～41600年、45900年和54500年,可以依次与GRIPδ18O中的间冰段D/O6,D/O12,D/O13和D/O15进行对比;在阿尔金山北麓,类似的并具有荒漠漆的砂土砾石层的TL年龄为37200aB.P.和59700aB.P.,分别相当于D/O9和D/O17间冰段;在塔克拉玛干沙漠腹地的高阶地(海拔1310m),可能代表了剧烈升温的气候背景下,环塔里木盆地四周高山冰雪大量消融导致的塔克拉玛干沙漠腹地的"大湖期",其日历年为33197aB.P.,与GISP2冰芯氧同位素曲线在33000aB.P.的暖阶段相当。发生在昆仑山北麓及毗邻区域AQS3时期若干温暖阶段的地层学证据以及其在时间上能够与GRIP和GISP2冰芯氧同位素曲线相关暖峰的耦合,表明由阿羌剖面末次间冰阶粒度和主氧化物峰谷变化反映出来的多次冷暖波动,其根本原因还是受到北半球D/O振荡的强烈影响。     

过去25万年黔桂地区千年尺度东亚季风气候的变化

对取自中国黔桂地区广西桂林水南洞、贵州都匀七星洞及荔波董歌洞的7根大型石笋,进行了系统的120件TIMS-U系测年及1295件稳定同位素分析,揭示的气候变化记录时限范围为25万年前至今,氧同位素样品平均分辨率为150~300a.研究表明,相当于海洋记录冰期旋回Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ终止点的石笋氧同位素跃变事件,其年龄值分别为11.3 kaB.P., 129.3中kaB.P.及242.5 kaB.P..相当于海洋同位素阶段MIS1~MIS7各阶段界线的年代及其延续时间,通过石笋记录也得到了准确的界定,此外还揭示出了25万年来东亚季风气候的波动过程和变化规律.黔桂地区25万年来的气候在千年尺度上与深海氧同位素记录的可比性,及与N65°夏季太阳幅射能量变化的一致性,显示了亚洲古季风的气候变化规律,同样受轨道参数变化周期以及全球冰量变化所驱动.     

最近130ka来黄土物质化学风化的空间观察

选取黄土高原48个末次间冰期以来沉积剖面中的248个黄土、古土壤和弱发育土壤层的代表性样品,对它们的酸不溶物进行了主量元素的分析。结果表明,在已有的几个不受粒度影响的化学风化指标中,（CaO+MgO+Na2O）/TiO2比值对气候条件变化具有相对较高的敏感性,且受沉积速率的影响较小。在源区风化状况相对稳定的前提下,它是一个反映夏季风变化较为有效的指标。根据该指标在黄土高原上的空间等值线图,发现其从北到南间冰期的变幅大于冰期,这可能表明间冰期时夏季风降水在黄土高原的变化梯度要大于冰期。     

黄土高原35万年来冬、夏季风变化周期的差异——陆生蜗牛化石的证据

针对我国北方风积黄土广泛分布、不同地点黄土-古土壤序列可准确对比和黄土沉积剩磁稳定等特征,通过对不同地壳块体上相同层位的黄土样品沉积剩磁方向的测定,进一步探讨了应用"虚磁极法"研究鄂尔多斯块体与相邻块体的相对运动的可能性.初步的研究结果显示:该方法有可能应用于块体相对运动的定量研究,并初步得到,在第四纪时期鄂尔多斯块体相对于邻近块体作逆时针转动,自2.5Ma B.P.以来相对秦岭块体的转动约为31.5°±11.4°,自1.17Ma B.P.以来相对西宁块体的转动约为29.8°±14.7°,自0.46Ma B.P.以来相对太行山块体的转动约为8.2°±5.8°,相对于西宁块体的转动约为10.5°±6.4°.本文还根据这些块体间相对转动的角度初步估算了鄂尔多斯块体与相邻块体之间的活动断裂带不同时期的水平位移总量.     

中国年降水量的时空变化特征及其与东亚夏季风的关系

利用中国1951~2010年652站年降水资料和7种东亚夏季风和1种冬季风指数,通过多项数学统计诊断分析,来研究中国年降水量的时空变化特征及其与东亚夏季风指数的关系。结果表明,这60年间全国总平均年降水量未呈现显著的时间变化趋势,但区域间的差异大。聚类分析可提供较客观的降水分区,据554站无缺测降水资料的聚类结果,将全国分成14个主要降水区,各区之间降水变化的差异显著。由7种夏季风指数与14个区的平均年降水量(1951~2010年)的相关系数可见,其中4种夏季风指数与14个区的年降水量之间没有显著相关,有3种指数只与14区中的2~3个区有显著负相关,它们并不能指示其他区域的或整个中国东部的降水变化。中国东部地区的夏季降水分布与东亚夏季风强度变化关系十分复杂,不能仅由降水的多少来认定夏季风的强弱,更不能用任意单个地点的降水记录来表示整个中国东部的干湿状况和夏季风的强度变化。     

弱的早更新世间冰期东亚夏季风——来自黄土高原古土壤层中酸溶相元素的证据

在过去的暖期,东亚夏季风的强弱变化受到广泛关注,例如暖的早更新世间冰期时期(1. 6~2. 6 Ma).本文利用黄土高原洛川和赵家川剖面古土壤层中酸溶相元素的分布及其比值去重建早更新世间冰期时期东亚夏季风强度变化.结果显示酸溶相中以Ca元素(平均2. 6%)为主, Mg元素(平均1116. 5 mg/kg)次之, Sr元素(平均49. 5 mg/kg)和Mn元素(平均47. 6 mg/kg)最低.它们的含量在早更新世较高,中晚更新世时期较低,而Mg/Ca、Sr/Ca和Mn/Ca摩尔比值则呈现相反的变化.这些元素的分布及相应比值的变化受东亚夏季风控制,主要反应季风降水的变化.两个剖面古土壤层中元素及其比值均指示暖的早更新世间冰期时期黄土高原地区东亚夏季风较弱,中晚更新世间冰期时期夏季风较强,该结果与过去许多东亚夏季风重建记录接近.我们的研究结果也支持早更新世弱的赤道太平洋沃克环流导致弱的东亚夏季风这一假说.     

南京地区新近纪地层排序及其时代

南京地区新近纪地层发育较齐全,生物化石丰富,根据哺乳动物化石最新研究成果,并通过地层对比,将其厘定为中新世早—中期洞玄观组(N1-21d)、中新世晚期的六合组(N31l)和黄岗组(N31h)以及上新统的尖山玄武岩组(N2j)。长江坳陷中砾石层相当发育,如南京附近的雨花台砾石层,安徽境内的安庆砾石层,主要由三套岩性组成,之间均呈假整合接触。第一套归属于六合组(N31l),第二套沿用雨花台组(N2y),第三套为更新统。     

安徽省沿江地区网纹红土和下蜀土的形成环境及其年龄

通过对安徽省沿江地区的网纹红土和下蜀土的岩性、地球化学特征、古地磁和热释光测年等综合研究，认为网纹红土形成于山地、丘陵古地理景观和热带－亚热带湿热气候环境中．年龄介于０．４５－２．５ＭａＢ．Ｐ．之间，其底界年龄与我国北方午城黄土的底界基本一致；下蜀土形成于山前垅岗状倾斜平原古地理景观和干旱－半干旱的温带－暖温带气候环境中．年龄介于０．１３－０．４５ＭａＢ．Ｐ．之间．与我国北方上离石黄土大体相当，以往与马兰黄土对比并不合适。     

中国北方季风边缘区过去530年降水的时空变化及其驱动机制研究

中国北方季风边缘区位置的移动影响着整个西北地区的旱涝变化和生态建设的发展。树轮和历史文献记录可以为该地区过去几百年气候环境变化和季风变化提供重要的信息。本文选取了8条树轮序列结合31条中国历史文献记录和实测降水量资料, 重建了中国北方地区近530年的年降水量演化特征, 对比分析了不同特征时期400mm等降水量线空间位置的差异及其可能的驱动机制。结果表明, 在年际尺度上, 降水量最丰年400mm等降水量线位置都比近30年平均位置偏北, 而干旱事件时期400mm等降水量线位置比近30年平均位置更偏南, 且干旱时期的波动要比湿润年份的波动幅度更大; 在年代际尺度上, 最湿润10年和最干旱10年400mm等降水量线位置同样比最近30年偏北和偏南, 但是其空间位置的变化没有年际尺度显著。研究区降水量空间位移变化主要是受北大西洋涛动(NAO)和厄尔尼诺南方涛动(ENSO)的影响。