末次间冰期以来地球气候系统的突变

地球气候系统的突然变化是近年来地学研究的热点。取自极地冰芯、海洋沉积物和陆地的古气候记录表明,末次间冰期以来全球经历了一系列数百年—千年时间尺度的气候突变事件,证明了在末次冰期—间冰期旋回大尺度气候变化背景下,全球气候存在较大不稳定性这一基本事实。尽管末次间冰期以来这些数百年—千年时间尺度气候突变事件的成因和影响范围还存在明显的不确定性,但已从诸如末次间冰期(MIS 5e)中期的干冷事件、末次冰期的Dansgaard-Oeschger旋回、Heinrich事件和Younger Dryas事件以及发生在全新世冰后期的一些降温事件的研究中,获得对过去130 ka来气候变化过程总体上的认识和理解。综述了近年来的主要研究成果,介绍了有关末次间冰期以来全球气候突变事件发生的时间、过程和机制等最新的研究进展。     

末次间冰期以来沙漠－黄土边界带的环境演变

沙漠－黄土边界带地处东亚季风边缘，这一地区的风成沉积即古风成砂－黄土－古土壤序列很好地反映了东亚季风环流的演变历史。末次间冰期的沉积（Ｓ１）由三层古土壤和夹于其间的两层黄土组成，可与深海氧同位素阶段５的五个亚阶段（ａ－ｅ）则很好对比。末次冰期的沉积（Ｌ１）由三层古风成砂和夹于其间的两层黄土构成，由此反映了与上述三层古风成砂对应的阶段２、阶段４及阶段３的中期是沙漠－黄土边界带冬季风活动加剧、沙漠扩大的时期。全新世的沉积是由一层草原上（Ｓ０）和其上的流沙组成，但这层流沙是在最近两千年来不合理的人类活动和当地特定风场条件的共同作用下形成，已不具备明显的气候指示意义。     

末次间冰期以来新疆巴里坤湖蒸发盐的沉积环境记录

沉积物岩芯的碳酸盐、石膏等蒸发盐含量和矿物组成的证据显示了新疆巴里坤湖末次间冰期以来一直是一个水位变化频繁的浅水盐湖,有时甚至为间歇式的湖泊,约在34000aB.P.前后巴里坤湖沉积相发生了显著的变化,34000aB.P.之前为泥坪-湖滨相沉积,34000aB．P．之后为成湖相沉积。尽管我们对巴里坤湖34000aB．P．前后的沉积相变难以理解,但是长期处于浅水状态的巴里坤湖沉积物中蒸发盐的含量和矿物组成仍然与气候变化密切相关。在泥坪-湖滨相形成的碳酸盐中白云石相对的增加是地表强烈蒸发的结果。以石膏为主的蒸发盐含量增加是温度和降水增加所致,而其含量减少则是冰川前进致使补给水矿化度降低造成的。这使我们获得了该区古气候变化并不服从于冰期与雨期同步模式的信息。     

末次间冰期以来沙漠－黄土边界带的环境演变

沙漠-黄土边界带地处东亚季风边缘,这一地区的风成沉积即古风成砂-黄土-古土壤序列很好地反映了东亚季风环流的演变历史。末次间冰期的沉积（S1）由三层古土壤和夹于其间的两层黄土组成,可与深海氧同位素阶段5的五个亚阶段（a-e）则很好对比。末次冰期的沉积（L1）由三层古风成砂和夹于其间的两层黄土构成,由此反映了与上述三层古风成砂对应的阶段2、阶段4及阶段3的中期是沙漠-黄土边界带冬季风活动加剧、沙漠扩大的时期。全新世的沉积是由一层草原上（S0）和其上的流沙组成,但这层流沙是在最近两千年来不合理的人类活动和当地特定风场条件的共同作用下形成,已不具备明显的气候指示意义。     

末次间冰期以来陆地生态系统的碳储量与气候变化

陆地生态系统的碳收支是全球气候变化和碳循环研究的核心内容之一.准确估算陆地生态系统的碳储量及其收支状况,对正确评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用有重要意义.本文总结了近10年来各国研究者利用不同方法对陆地碳储量变化的研究进展,并对估算陆地碳储量的不确定性进行评价.同时,对陆地生态系统碳储量变化研究结果的分析表明,末次间冰期以来,全球陆地生态系统碳储量存在较大幅度的变化.在末次间冰期5e阶段、末次盛冰期和全新世中期,陆地生态系统碳储量分别为现在的l30～150%、50～85%和105～130%.并且,陆地生态系统碳储量与气候变化有显著的正相关性,但不同区域的生态系统碳储量随气候变化并非具有相同的变化规律.     

苏北盆地末次间冰期以来的气候变化记录

通过对苏北盆地 XH1 钻孔上部 25 m 沉积岩心的研究,重建了苏北盆地末次问冰期以来的气侯环境变化.根据对苏北盆地 XH1 钻孔岩心地层年代、质量磁化率、孢粉的研究,可以较为清晰地划分出末次间冰期--深海氧同位素 5 阶段(25.0～16.5 m)、末次冰期早冰阶--深海氧同位素 4 阶段(16.5～12.5 m)、末次冰期间冰阶--深海氧同位素 3 阶段(12.5～9.5m)、末次冰期冰盛期--深海氧同位素 2 阶段(9.5～5.8 m)、冰后期--深海氧同位素 1 阶段(5.8～0 m).XH1 钻孔记录与深海沉积物氧同位素和古里雅冰心氧同位素的对比研究表明,它们之间有着较好的一致性,但苏北盆地 XH1 钻孔记录与我国西部古里雅冰心记录更为相似,这可能揭示了气候环境变化在全球背景下的区域性特征.     

末次间冰期以来沙漠-黄土边界带移动与气候变化

位于现代季风区边缘的沙漠－黄土边界带，具有高度不稳定性。末次间冰期以来历经多次北进南退移动和暖湿、冷干变化。依据古风成砂－黄土－古土壤叠覆更替的沉积序列和磁化率等气候代用指标分析，对末次间冰期以来，尤其是特征时期边界带的位置进行了讨论。其中，盛冰期时移动幅度最大，南界可能达３０°Ｎ左右；末次间冰期和全新世气候鼎盛期最靠西北，南界在古长城以北。全球冰期－间冰期波动导致的气候变化以及东亚冬夏季风强弱变化是控制边界带移动和气候变化的根本因素。     

黄土高原末次间冰期气候的不稳定性特征

欧共体格陵兰冰芯计划(GRIP)中的冰芯资料揭示末次间冰期气候具有快速变化的不稳定性特征,而美国格陵兰冰盖计划(GISP2)却不曾发现其不稳定证据。本文通过黄土高原诸剖面的古气候代用指标综合分析认为,末次间冰期,特别是早期气候曾出现过较大幅度的气候波动,存在不稳定性特征,支持了GRIP结果,表明中国黄土含有极地北大西洋的气候信息,是全球变化研究的理想记录。      

末次间冰期以来对宁黄土剖面的热释光测年

利用细颗粒热释光技术对陇西黄土高原会宁黄土剖面末次间冰期以来黄土、古土壤的8个样品进行了年龄测定,并在此基础上分别利用线性内插和多项式回归方法建立了会宁剖面深度-年代时间模式,以2种模式计算的S0/L1、L1/S1、S1/L2界线年龄与SPECMAP深海氧同位素1/2、4/5、5/6阶段的界线年龄可较好对比,这为末次间冰期以来会宁地区古气候演化的深入研究提供了基本时间框架。     

渭河下游咸阳-草滩段河谷沉积对构造活动的响应

渭河下游咸阳-草滩段河道位于西安凹陷向临潼隆起的过渡区,发育河漫滩和T₁～T₃阶地,渭河断裂隐伏于河道北岸。文章对渭河北岸河谷地貌和地层剖面进行了观测和年代学样品的测试,并对跨渭河断裂的系列钻探中的2个深150m的钻孔岩芯进行了年代学样品测试和地层对比。河谷区地层年代测定表明,渭河北岸在距今约10万年前为风成黄土堆积环境,大致在2.5万年以来开始了最新一期的河道沉积。钻孔岩芯揭露的多个黄土-河流冲积的沉积旋回显示第四纪时期渭河河道经历了多次的南北向摆动。受临潼隆起的影响,咸阳-草滩段晚第四纪河谷沉积自西向东厚度明显减薄。通过对渭河断裂两侧钻孔柱状图的对比,认为渭河断裂0.04～0.05m/ka垂向差异运动速率低于河流0.15～0.24m/ka沉积速率,是渭河断裂隐伏于河谷中的原因。     

末次间冰期以来黄土-古土壤序列的磁组构特征及其指示的古风向

黄土高原粉尘物质的搬运、沉积过程与来自中高纬度地区的季风密切相关。研究冬季风演化历史将有助于深入理解全球变化背景下,东亚地区气候变化的动力机制。通过对黄土高原的磁组构研究发现:1)各向异性度(P)与磁面理度(F)相关性较高,因此各向异性主要由磁面理引起,磁化率椭球体为压扁状;2)磁面理大致水平,K3近垂直于水平面;3)黄土平均磁面理为1.007,古土壤为1.004,古土壤层的磁面理与各向异性度均要低于其下伏的母质黄土层。成土作用在某种程度上破坏了黄土的原生磁组构;4)P,F和粉尘粒度间具有一定内在联系,一般而言冬季风越强,搬运的粉尘颗粒越粗,从而导致在沉积过程中形成较高的磁面理;5)K1方向的等面积赤平投影图和玫瑰花图解表明,末次间冰期以来该地区的主导风向为NW向冬季风。     

末次间冰期以来兴凯湖黑碳的沉积记录及其环境意义

在我国东北地区,黑碳记录较少,尤其是长时间尺度记录,区域火灾如何响应于气候变化还存在争议。本研究通过对兴凯湖XK08-A2钻孔约336 cm岩芯,共136个沉积物样品的黑碳含量进行了分析,并结合石英光释光和加速器质谱¹⁴C测年结果,探讨了末次间冰期以来东北地区火灾历史与古环境的联系。兴凯湖沉积物黑碳含量的平均值在末次间冰期、末次冰期以及全新世分别为0.51±0.10‰、0.68±0.15‰和0.71±0.20‰。兴凯湖沉积物中黑碳含量从下向上呈增加趋势,表明末次间冰期区域火灾的发生频次较低、规模较小,末次冰期火灾的频次升高、规模越来越大,全新世阶段火灾的频次和规模与末次冰期相当。这些变化与轨道尺度东亚夏季风进退以及人类活动密切相关。从末次间冰期到末次冰期,东亚夏季风变化是东北地区火灾发生的主要控制因素。强盛的东亚夏季风带来充沛的降水,促进了低洼地区湿地沼泽的发育,缩短了火风险期,致使发生大规模火灾的概率较低。自然背景下季风降水主导我国东北地区火灾的发生,与黄土高原和西南地区一致,但与欧美地区受温度影响存在显著的空间差异。全新世在人类活动的影响下,虽然东亚夏季风增强...     

末次冰消期以来兰州地区冬季风变化研究

研究发现,本次冰消期以来兰州地区大气风力发生了显著变化,全新世早中期大气风力最弱,随后大气风力回返到接近冰期的状况,约1300aB．P．开始大气风力再次减弱,现代是大气风力又一次增强时期;近地面风向有由西北向东北变化的趋势,是大气环流位置变化的结果。在总的变化背景下,大气风力具有约1500a的准周期。我们认为,间冰期季风中国的短尺度气候变化与冰期有差异,前者与低纬度地区联系更密切。     

兰州黄河Ⅱ和Ⅲ级阶地的地层结构、年龄及环境意义

通过对兰州段黄河Ⅱ和Ⅲ级阶地剖面的地层岩性、粒度分析和光释光测年等,认为剖面中被普遍界定为河漫滩沉积的一套厚几米至几十米具水平层理的细粒砂土层是以冲、洪积与黄土互层的交互式沉积,其开始沉积的时期与气候进入冰期或冰阶相对应。据此可将兰州段黄河阶地剖面地层划分为三部分,即:河流砂砾石层、加积层与风成黄土层,分析了这一地层结构的发育过程,指出沉积相的识别和划分对于阶地研究具有重要意义。     

兰州东盆地最近1.2Ma的黄河阶地序列与形成原因

毗邻青藏高原的兰州地区的黄河阶地系列是地面抬升和气候变化的信息载体.通过古地磁、光释光测年及黄土-古土壤地层序列对比,初步确定了兰州东盆地1.2Ma以来主要有两个阶地发育时期.第1个时期是1.24～0.86Ma, 黄河至少发育了4级阶地,其形成时代分别为:1.24Ma, 1.05Ma, 0.6Ma和0.86Ma; 第2时期为最近0.13Ma,黄河发育3级阶地,时代分别为0.13Ma, 0.05Ma和0.01Ma.每级阶地河漫滩顶部都有一层古土壤发育,表明黄河下切形成阶地发生在古土壤开始发育的冰期向间冰期的过渡阶段,但是并非1.2Ma以来的每次冰期-间冰期的气候交替都能引起黄河下切形成阶地.气候变化只是阶地形成的必要条件之一,不是充分条件.对比黄河下切速率和阶地年代序列发现,地面上升仍然是影响黄河下切的重要因素.只有在地面上升速率达到一定程度的时候 (例如:1.2～0.8Ma和最近0.13Ma),气候变化才能导致黄河堆积与下切交替形成阶地;而在地面上升缓慢时期(例如:0.80～0.13Ma),即使发生了大幅度的气候变化,黄河也没有阶地记录.     

末次冰期以来南海北部沉积有机碳记录及其古植被环境信息

末次冰期以来南海北部深海沉积物中陆源植被碎屑来源及其指示的植被类型变化等一直存在争议。正构烷烃比值、正构烷烃碳同位素(δ13Calk)及总有机碳同位素(δ13CTOC)等有机碳指标的应用可能为之提供新的证据。南海北部MD05-2905岩芯中正构烷烃比值C31/C27,C31/(C31+C27+C29)和ACL(长链烷烃平均链长)等呈现末次冰期高,全新世低的变化,指示末次冰期草本植物相对增多,全新世木本植物较多。δ13CTOC及δ13Calk均呈现末次冰期相对偏正,全新世偏负的变化,指示C4植物在冰期增多,间接印证草本植物的增多。末次冰期,由于相对冷干的气候、大气CO2浓度的降低,以及低海平面导致陆架的广阔出露,均有利于更多草本植物的生长。末次冰消期及全新世随着温度的升高及降水的增多,森林植被发育,C3植物相对较多。该岩芯碳同位素结果与南海北部孢粉结果的对比表明,南海北部深海沉积中正构烷烃指标指示南海北部周边较大区域范围的植被变化信息。