黄土高原黄土粒度的空间变化及其古环境意义

20世纪50~60年代,刘东生先生组织了黄河中游黄土区十条大断面（六纵四横）的野外考察和室内分析,从而证实了从西北到东南黄土粒度逐渐变细的现象,并划分出砂黄土、黄土和粘黄土带。从此,粒度成为黄土研究最基本、最重要的物理指标之一。时至今日,黄土粒度的古气候意义依然有待进一步明确。在前辈研究的基础上,我们对黄土高原57个S2以上剖面进行了详细调查和粒度分析,构建了典型冷暖时期粒度等值线。结果显示,无论是黄土还是古土壤,其粒度均从北向南变细,粒度等值线整体上呈现近东西向展布,表明粒度空间分异以南北向为主。地质记录综合对比显示,沉积区距物源区的距离变化对黄土粒度的影响是第一位的,冬季风风力变化的影响是第二位的。据此,我们构建了"黄土中值粒径-沉积区距源区最小距离"的模型。模型显示：距源区最小距离在400km以内为"快速分异区",粉尘沉积的粒度随搬运距离增加迅速变细,黄土高原黄土即在此区域;在400~2000km间为"缓慢分异区",粉尘粒度随搬运距离的增加缓缓变细,黄土高原新近纪红粘土即为典型代表;距源区2000km以上为粉尘沉积与搬运风力的"平衡区",粉尘粒度随搬运距离增加变化很小,深海粉尘沉积为典型代表。依据低空搬运的黄土"粒度-距离"模型推测的远距离（>2000km）搬运后的粉尘粒度为1~3μm,同高空搬运的北太平洋现代降尘和深海粉尘沉积粒度（2~4μm）非常吻合,表明该模型可能揭示了风力这样一种地质营力的内在动力学特征,这一点需要在今后研究中予以关注。     

始新世以来地球轨道偏心率的演化

地球轨道要素的变化已作为确定地质年表的一种重要依据。应用地球轨道参数变化理论计算值来进行小波分析,结果清楚地展示出偏心率值约100ka、405ka、1Myr和2.3Myr等周期成份的随时间变化特征,100ka和405ka周期的振幅强度的变化成反相位关系,2.3Myr周期对100ka和405ka周期成份有调制作用。0—51Ma范围内变化较为稳定的地球轨道偏心率值的变化分析可以为地质年龄的划分和对比提供一定的参考。     

巫山黄土粒度特征及其对成因的指示

为了探讨巫山黄土的成因, 对剖面样品进行了粒度分析.结果表明: 巫山黄土主要由 < 50 μm的颗粒组成, ＞50 μm的砂级以上颗粒平均含量为16.9%;作为风尘基本粒组的10~50 μm的粗粉砂平均含量达43.1%, 为众数粒组; 5~10 μm的细粉砂颗粒含量平均为14.5%;＜5 μm的粘土颗粒含量平均为25.5%, 为次众数粒组.粒度参数、频率曲线与典型风尘沉积物相似, 显示为典型的风积成因; 粒度参数的C-M、L-M、A-M图等粒度象分析及结构参数散点图与现代河流沉积物差别明显, 而与长江中下游分布的下蜀土却基本一致.判别分析结果绝大部分为负值, 显示了风积成因为主、个别层位受到水流作用改造的成因特征.      

黄土与地球系统——李希霍芬对黄土研究的贡献及对地球系统科学研究的现实意义

李希霍芬是19世纪德国著名的地质学家,对欧洲和中国黄土的研究工作,以及后来的黄土研究有着深刻影响,其学术思想在地球系统科学研究的时代依然有重要的现实意义。文章简要回顾了李希霍芬对黄土研究的贡献,并探讨这些贡献与黄土研究在地球系统科学研究中的现实意义。从李希霍芬时代到今天,黄土作为全球宝贵的地球系统演化的历史记录,在揭示地球岩石圈、水圈、大气圈、冰冻圈、生物圈及宇宙事件对地球系统的影响发挥了重要作用,并在未来地球系统科学研究时代有旺盛的生命力。     

中亚昭苏黄土剖面粒度记录的末次冰期以来气候变化历史

对处于西风区的中亚昭苏黄土进行了粒度分析,重建了末次冰期以来的气候环境变化历史。粒度分析表明,昭苏黄土粉砂粒级含量最高,平均含量接近78%,黏土粒级次之,砂粒含量最低,具有典型的风尘堆积特征。剖面粒径〉63μm含量变化能与格陵兰冰芯进行良好对比,记录了Heinrich事件和Younger Dryas冷事件及D-O旋回等...     

强夯对黄土粒度组成及湿陷性的影响研究

在电镜扫描和高精度的粒度分析试验的基础上,讨论了西安至禹门口高速公路路基黄土采用强夯处理前后的粒度组成变化,并分析了这种变化及其对黄土湿陷性的影响。得出了“强夯的冲击能破坏了黄土的初始颗粒骨架,黄土中集粒、团块表面的胶结物剥落,颗粒变细,并填充到孔隙中,使得孔隙减小,土体结构变密,黄土湿陷性减弱甚至消失”的重要结论。揭示了强夯处理黄土湿陷性的机理。     

轨道调谐建立西宁厚层黄土堆积时间标尺的探索

青藏高原东北部西宁-互助地区堆积的厚层黄土是认识高原第四纪环境演化和气候变化的重要信息载体。对西宁泮子山厚层黄土钻孔（181.7m）进行了间隔5cm的采样,在实验室测量了全部样品的粒度,以粒度和北半球高纬太阳辐射数据为材料,选择古地磁年龄作为独立年代控制点,采用改进的自动轨道调谐方法,建立了西宁黄土早更新世以来天文轨道调谐的时间标尺。调谐后的粒度时间序列与ETP曲线在轨道周期上高度相关,在一定程度上证明了轨道调谐方法建立西宁厚层黄土堆积年代标尺的可行性。泮子山厚层黄土的沉积速率在1.0Ma前后发生了明显变化,1.0Ma以来沉积速率的相对高值可能反映了粉尘源区的干旱化程度增强,也指示了亚洲中部和青藏高原干旱环境的急剧发展。西宁厚层黄土年代标尺的建立,对深入认识晚新生代亚洲干旱气候发展过程和青藏高原的环境演化具有积极意义。     

近2 Ma BP以来地球轨道参数周期上全球海平面变化机制

海平面的变化往往对区域生态环境、社会经济造成严重影响.通过对全球相对海平面变化(relative sea level,简称RSL)记录的再分析结果,合成了近2 Ma BP以来的全球RSL变化记录,分析了合成RSL记录对原始RSL记录数理特征的继承性,并基于频谱、滤波等数理分析验证了合成RSL记录的合理性.在此基础上,讨论了合成RSL与大气CO₂浓度、中高纬度海域表层海水温度(sea surface temperature,简称SST)、全球大洋底栖氧同位素(δ18O_B)等参数指标间的相关性,结果显示:(1) 合成RSL不仅与原始RSL记录的变化趋势基本一致,继承了原始RSL记录对全球气候变化的响应特征,而且显示出合成RSL记录对地球轨道参数周期变化响应明显;(2) 近2 Ma BP以来,在冰期-间冰期旋回中,合成RSL与δ18O_B变化呈良好的负相关,相关系数r平均值可以达到约0.81,高于合成RSL与大气CO₂浓度及中高纬度海域SST变化的相关系数;(3) 在地球轨道参数周期上,合成RSL与极地冰盖体积(δ18O_B)的变化几乎同时,在偏心率周期上,合成RSL落后于SST和大气CO₂浓度变化;在斜率周期上,合成RSL落后于SST变化而领先于大气CO₂浓度变化.推测这些变化的诱导因素可能是在太阳辐射量改变的前提下,大气CO₂浓度及大洋SST变化对极地冰盖体积产生了差异影响,进而引起海平面发生变化.      

最近2.5Ma黄土高原环境变化研究进展——来自洛川黄土地层的证据

洛川黄土—古土壤序列记录了最近2.5Ma黄土高原自然环境的演化和变迁。国内外研究人员运用地层学、古生物学、土壤学、磁学、沉积学、岩石学、矿物学、地球化学等多学科的研究方法，统一地层划分，明确成因机制，建立时间标尺，分析气候指标，提取环境信息，逐步揭示了自早更新世以来该区气候由暖湿而冷干、频繁剧烈波动的历史以及古生物的演替过程，为全球变化研究提供了重要资料。     

哈尔滨黄山黄土粒度特征及其对成因的指示

哈尔滨黄山黄土是东北地区黄土沉积的典型代表,其成因研究是恢复东北地区古气候和古环境的基础.为探讨松嫩平原地区中更新世晚期黄土成因问题,对具代表性的哈尔滨黄山黄土剖面进行系统、高分辨率的粒度和磁化率特征分析,并与哈尔滨现代沙尘沉降物、黄土高原典型黄土-古土壤、现代河流沉积物及大连市滨海黄土粒度特征进行对比.结果显示:黄山黄土粉砂级(10~50 μm)颗粒和黏土颗粒(＜5 μm)的平均含量分别是43.86%(主众数粒组)和23.40%(次众数粒组);各粒度参数的平均值为:分选系数标准偏差σ=1.83、平均粒径Mz=6.25φ、中值粒径Md=5.89φ、偏度SK=0.21、峰态KG=0.86、中值粒径Kd=2.01;粒度频率曲线以双峰态分布为主,且主峰突出;岩性三角投影图、粒度象(C-M图、L-M图、A-M图)投影图及粒度参数(Mz-σ、Mz-SK、Mz-KG)散点投影图与风成沉积物基本一致,但与河流沉积物差异明显;判别函数Y＜0.基于以上粒度特征分析表明哈尔滨黄山黄土为典型的风成成因.      

3Ma以来黄土高原朝那黄土-红粘土序列赤铁矿记录及其古气候意义

土壤和前期研究表明黄土-红粘土序列的赤铁矿含量与环境密切相关,对气候的干湿变化非常敏感,气候越湿热,赤铁矿含量越高。本文研究表明黄土-红粘土样品漫反射光谱一阶导数曲线在555~575nm间的峰面积作为赤铁矿指数可以客观有效地指示赤铁矿含量的高低。通过黄土高原朝那剖面红粘土-黄土序列的系统漫反射光谱分析,建立了3Ma以来黄土高原赤铁矿含量变化记录,揭示赤铁矿含量在约2.5Ma,1.5Ma,0.6Ma和0.15Ma显著阶段性减小,指示了黄土高原阶段性变冷干的演化历史。     

过去1000年不同强迫因子对中国东部5～9月降水及其环流场特征影响分析

利用CCSM2.0全球耦合气候系统模式在不同强迫因子下模拟的近千年降水、温度、500hPa位势高度场、850hPa和200hPa风场资料,以及NCEP再分析资料、GPCP降水观测再分析资料、青海德令哈地区近千年降水重建资料,对过去1000年我国东部5～9月降水及环流场特征进行了初步研究.在考虑自然和人为因子的共同影响下...     

新近纪以来中国黄土高原的风尘记录

通过对黄土高原中部两个典型的风尘堆积序列的岩性和磁性地层研究 ,认为中国黄土高原风尘堆积的开始发育年龄至少约为 7.2 Ma B.P.。以红粘土和黄土—古土壤交互出现的风尘沉积 ,不仅真实地记录了东亚季风气候的形成演化 ,而且可能包含了青藏高原的阶段性隆升、北半球冰盖形成演化及大冰期发生等构造气候事件的印记。反映粉尘源区的干燥度及携带粉尘的大气环流强度的风尘沉积速率自 7.2 Ma B.P.开始、尤其是 4.5 Ma B.P.以来逐渐增大 ,似乎暗示了自新近纪以来亚洲内陆粉尘源区干旱化的逐级发展和东亚冬季风环流强度的逐渐增加     

第四纪古气候变化非线性动力学初步研究——黄土粒度曲线的奇异谱分析

作者将奇异谱分析(SSA)引入第四纪古气候变化研究中,收到了较好的效果。奇异谱分析是一种新的时间序列分析工具,它可形成一个单边(向前)滤波器,将原时间序列有效地分解成各个主成分,其滤波系数完全由数据本身决定。由奇异谱分析确定的统计维,给出动力维上界的估计,为非线性动力学研究打下基础。分析表明,在整个第四纪,宝鸡黄土粒度曲线的统计维为19,与深海钻孔V28-239氧同位素分析结果(=18)十分接近;各主成分在地球轨道几何参数各成分中大都能找到对应关系,但均不是线性响应关系;与偏心率、地轴倾斜度和岁差有关的成分分别占46、43和6％左右;其中第一主成分还揭示出与偏心率约0.4Ma周期对应的振荡仅在2.5—1.7和0.7—0.3Ma B.P.出现。     

北部湾东北部2000年以来高分辨率粘土矿物记录及古环境意义

北部湾东北部 GC19-28 孔260BC~1480A.D. 粘土矿物学的高分辨率（平均分辨率为15年）分析表明,该孔的粘土矿物主要由蒙脱石（50%~61%）组成,含中等含量的伊利石（13%~18%）、高岭石（13%~18%）和绿泥石（11%~16%）,在该时间序列上蒙脱石与其他3种粘土矿物变化趋势基本相反。物源区分析显示,GC19-28 孔粘土矿物中的蒙脱石主要由红河提供,伊利石、高岭石和绿泥石主要来源于珠江。该孔高岭石/蒙脱石比值可以反映华南珠江流域季风降雨变化,比值增加表明珠江流域降雨增强;反之亦然。研究结果发现,GC19-28 孔的4种粘土矿物整体表现2个阶段性变化：1）260BC~1200A.D.,4种粘土矿物的相对含量基本保持不变,高岭石/蒙脱石比值同样保持不变;2）从 1200~1480A.D.,蒙脱石相对含量逐渐降低,伊利石、高岭石和绿泥石相对含量逐渐增加,高岭石/蒙脱石比值开始增加。结合贵州董哥洞石笋、广东湖光岩、西沙东岛湖泊沉积物和西太平洋暖池区海表古温度等高分辨率地质记录,推断华南珠江流域由中世纪暖期向小冰期转换过程中,降雨逐渐增加。     

山东青州地区黄土的粒度组成及成因分析

在鲁中山地北侧的山间谷地及山麓地带广泛发育厚度不一的黄土堆积。对该区青州傅家庄黄土剖面进行了系统的粒度分析, 并与黄土高原的第四纪黄土-古土壤、北京现代降尘、剖面附近的河流相样品进行了对比。结果表明, 青州黄土的粒度分布特征与北京现代降尘、黄土高原黄土非常相似, 与河流相样品则有很大的不同; 在整个序列中, 青州黄土粒度变化与黄土高原典型的风成黄土、古土壤一致, 黄土层颗粒粗, 古土壤层颗粒细。上述结果从沉积学的角度为青州黄土风成成因提供了证据。青州黄土的粒度组成特征及前人的研究表明, 青州黄土主要来源于沉积区以北的黄泛平原和莱州弯等地出露的海相地层, 其次是高空气流携带的西北内陆的远缘粉尘。     

太湖14000年以来古环境演变的湖泊记录

本文根据东西太湖短柱岩芯的沉积物的物理、化学、生物指标的综合分析,讨论了该区距今14ka来的古气候变化过程,结果表明14.3-13.3kaBP,太湖水位低,环境指标甚至表现为暴露特征,反映了气候干旱:13.3-12.4kaBP,为偏暖湿的过渡阶段;该孔柱270-280cm (11.5kaBP左右)各类指标均明显反映冷干特征,可能是YoungerDrays事件的记录,与我国东部其它地区有可比性;约10.9-10kaBP,这一时期是整个研究时段内一个较显著的温暖期。表现为还原沉积环境和水位相对较深;约10-7.2kaBP为冷暖交替的过渡带;7.2-5.737kaBP为暖湿气候;5.05kaBP多项分析指标发生突变,反映物源发生显著变化,可能存在沉积间断;表层沉积物则呈现现代环境的特征,西太湖藻类生长茂盛,偏氧化的沉积环境。目前湖泊生产力较高,富营养化程度高,表现为藻型湖泊特征;东太湖有机质来源以东太湖中生长较为茂盛的维管水生植物为主,目前湖泊生产力较低,富营养化程度低,表现为典型的草型湖泊特征。      

云南抚仙湖近千年地震事件记录

中国是世界上地震多发的地区之一。在各省份中,处于中国西南部的云南省是地震发生最多的省份之一。云南省省会昆明以南60 km处的抚仙湖位于小江地震带和通海-石屏地震带的交汇处,该地区的地震频次又居云南省之首。如果能在抚仙湖的沉积物中找到历史地震的自然记录并解释其机理,就意味着发现了一个由抚仙湖自然形成的地震记录仪。提供了证明抚仙湖区域历史地震自然记录存在的证据---抚仙湖沉积物的磁化率。我们在抚仙湖的中心地带、水深108 m处,钻取到了170 cm长的抚仙湖沉积物剖面,经测试证明它对应着近1 000年,约公元1025年至今的沉积年代。在研究中,沉积物磁化率的峰值突变与过去1 000年中许多有历史记载的地震事件相吻合。此外,一些尚没有记载的古地震事件也通过对湖底沉积物磁化率的分析而得以发现。     

第四纪时期东亚季风变化的动力机制

本文作者主张：古气候演化的动力机制研究应从动力因子和动力过程两个方面人手。通过对比东亚冬季风、夏季风、印度季风及全球冰量变化的时间特征和频率特征,我们得到以下认识：1）大致在过去0.8Ma这个时段,东亚冬、夏季风基本上具同相位、同周期的互为消长演化特征;2）东南季风演化具0.1Ma的主导周期,而印度季风变化则以较短周期为主;3）东亚冬、夏季风与全球冰量变化在时间范畴上可作很好的对比,尤其是这三者均含有主导性的0.1Ma周期。在此基础上,本文提出东亚季风演化的“全球冰量驱动模式”,并初步讨论了东亚季风变化对全球冰量变化响应的动力过程。     

近2000年来东亚夏季风突变的落水洞高分辨率石笋记录

基于湖北落水洞石笋（LS45）7个²³⁰Th年代结果和260个氧同位素测试数据,重建了近2000年来平均分辨率为6 a的东亚夏季风变化序列,该序列在280~800 A.D.、800~1400 A.D.和1400~1850 A.D.季风强度呈弱-强-弱的演变特征,分别对应于黑暗时代冷期（DACP）、中世纪暖期（MWP）和小冰期（LIA）3个典型气候期。LS45记录显示近2000年来东亚夏季风强度总体呈减弱趋势,并叠加数次百年尺度的振荡旋回。其中DACP和LIA并非持续几个世纪的连续弱季风时期,且内部还存在明显的数十年尺度强弱波动,δ¹⁸O振幅范围约为0.6 ‰。在DACP向MWP转变期间,δ¹⁸O值快速负偏,持续时间约40~50 a,变化幅度约0.7 ‰,指示夏季风突然增强。和尚洞、万象洞、Dandak洞的石笋记录以及Laguna Pallcacocha沉积物红度记录均显示了这一快速转变过程,暗示大尺度大气环流可能发生快速转型。进一步将中国石笋记录与太阳活动、厄尔尼诺、大西洋海表温度和北半球温度指标记录进行对比,发现这些记录之间存在良好对应关系和相似特征,表明百年-十年际尺度季风变化可能与太阳活动、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和大西洋多年代际震荡（AMO）变化密切相关。因此,本文推测ENSO和AMO可能是太阳活动影响亚洲季风变化的关键因子。