MIS3晚期查格勒布鲁剖面微量元素揭示的千年尺度气候变化

通过对巴丹吉林查格勒布鲁剖面时代上属MIS3晚期的地层层位(CGS3a层段)中14种微量元素的分析发现:除Co、Ba含量呈相反变化外,P、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Pb、Y、Zr、Nb、Cu和As含量在风成沙丘砂中基本上表现为谷值,而在不同层位沙丘砂上覆的湖相中则相对为峰,构成与沉积旋回相应的元素变化旋回。元素在沙丘砂中呈现的谷值,主要揭示了干冷气候条件下东亚冬季风的侵蚀、搬运和堆积作用;在湖相中的相对富集,则与东亚夏季风盛行时暖湿气候背景下该地所处的特殊洼地地貌位置有关。元素旋回实际上代表的是东亚冬夏季风的气候变化旋回。分析结果显示:MIS3晚期剖面所在地至少经历了5次冬夏季风交替变化的气候旋回,反映了该时期我国沙漠地区的千年尺度气候变化。     

萨拉乌苏河流域MGS4层段记录的末次冰期早冰阶气候波动

萨拉乌苏河流域米浪沟湾末次冰期早冰阶时期记录了5.5个由古沙丘砂与河流相、湖沼相构成的沉积旋回。对各沉积旋回的粒度及微量元素分析表明,河流相和湖沼相的平均粒径Mz、分选系数σ和SC/D的值明显高于古沙丘砂,河湖相中的微量元素Mn、P、Rb、Zr、V、Ni含量普遍较古沙丘砂含量高,而Ba、Co等则呈现相反的变化;这些气候代用指标的波动构成了与沉积旋回相对应的5.5个粒度及微量元素变化旋回,指示了该地末次冰期早冰阶至少经历了6次冷干和5次暖湿的气候波动,其中若干次气候回暖事件和冷干事件可与格陵兰冰芯和葫芦洞石笋等记录的D/O事件和Heinrich事件相对应。米浪沟湾剖面地层记录的千年尺度气候波动既是对东亚季风环流演变历史的体现,同时也是对全球气候变化的响应。     

腾格里沙漠南缘末次间冰期5e亚段的微量元素特征及其反映的古气候

腾格里沙漠南缘土门剖面TMS5e层段由16层风成砂、11层湖积黄土和5层湖相沉积构成,其年代相当于深海氧同位素5e。分析结果表明,TMS5e的10种微量元素的含量依次为PMnSrRbVCrZnNiCuNb。就平均值来看,古流动沙丘砂的各微量元素含量最低,其次为古半固定-固定沙丘砂,但两者的各微量元素含量都明显低于整个TMS5e层段相应平均值;黄土状亚砂土微量元素含量稍低于整个TMS5e层段相应平均值;湖相沉积和湖积黄土的各微量元素含量相差较小,且明显都高于整个TMS5e层段、古流动沙丘砂和黄土状亚砂土的平均值。土门剖面TMS5e层段的微量元素指示的MIS5e腾格里沙漠南缘的气候是不稳定的,经历了14.5次暖湿与冷干交替的气候波动,且可划分为TMS5e5(139~129.30ka BP)、TMS5e4(129.30~124ka BP)、TMS5e3(124~119.50ka BP)、TMS5e2(119.5~116.5ka BP)和TMS5e1(116.5~113.70ka BP)等5个亚段,分别可与格陵兰GRIP冰芯氧同位素所反映的MIS5e5、MIS5e4、MIS5e3、MIS5e2、MIS5e1等气候波动在性质和相位上相对应。     

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面主元素记录的末次间冰阶气候波动

 位于鄂尔多斯高原萨拉乌苏河米浪沟湾剖面是重建毛乌素沙地晚更新世以来古气候的理想地点。其末次间冰阶(MIS3)层序含4种沉积相,划分为19个沉积单元,构成9.5个风成的砂丘砂与河流相、湖相和古土壤交替的沉积旋回。主元素分析结果显示,该剖面MIS3层序中河流相、湖相和古土壤的Al2O3、TOFE、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2含量明显高于古风成砂, 而SiO2则相反, 构成与沉积旋回相应的9.5个元素波动旋回。这些元素旋回指示了该地末次间冰阶至少经历了10次温湿(W事件)和9次冷干(C事件)气候波动,且可划分为MIS3e(58.90~49.50 ka BP)、MIS3d(49.50~40.70 ka BP)、MIS3c(40.70~36.90 ka BP)、MIS3b(36.90~27.00 ka BP)和MIS3a(27.00~22.30 ka BP)等5个亚段。其中, 19次冷/暖波动可与格陵兰GRIP冰芯δ18O冰段/间冰段大致对应, 5个亚段与我国古里雅冰芯和V23-81冷性浮游有孔虫数代表的北大西洋地区气候也具有较好的可比性。     

末次间冰期我国半干旱盆地Rb、Sr的迁移聚集规律与环境演变——以萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面研究结果为例

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期层系记录了8.5个有风成的古沙丘砂与河湖相和/或古土壤构成的沉积旋回。该层系Rb、Sr元素含量分布具有明显的规律,主要表现为古沙丘砂中的Rb、Sr含量相对迁移,而在上覆河湖相和/或古土壤中相对聚集,构成末次间冰期的Rb、Sr含量迁移与聚集的8.5个元素旋回。研究表明,由Rb、Sr含量变化构成的这些旋回主要是由干冷暖湿气候波动所致。该地末次间冰期层系由上至下可划分为5个层段,即MS1~MS5。Rb、Sr含量在MS1、MS3、MS5和MS2、MS4分别呈现明显的峰态和不同程度的低谷,揭示出前者与后者分别是受到暖湿和干冷气候影响的阶段。据此,可以将 MS1、MS2、MS3、MS4和MS5依次在气候性质和阶段上可与GRIP冰芯和Sulu 海MIS5a、5b、5c、5d、5e诸亚段进行对比。研究亦表明,河湖相和古土壤Rb/Sr曲线却都不尽是峰态,黄土高原Rb/Sr值的气候意义并不完全适宜说明半干旱盆地或洼地的古环境变化。     

腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰阶层段的粒度特征及其反映的气候-沉积环境

腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰阶层段（TMS 3）由风成砂、黄土状亚砂土、砂黄土、古土壤、湖相沉积物和冲积黄土等6种沉积相相互叠覆构成。粒度分析结果显示,该层段以砂质沉积物为主,粉砂次之,黏土最少,平均值分别为65.45%、26.72%和8.83%;在砂粒级中,以细砂含量最高,其次为极细砂,其余为中砂-粗砂颗粒。粉砂含量、黏土含量、M_z和σ在风成砂中呈现谷值,在其他沉积相为峰值,中砂-粗砂和细砂则相反。粒度指标指示腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰阶至少经历了13次暖湿和12次冷干的气候波动,且可划分为TMS 3e（54 200~59 750 a BP）、TMS 3d （54 200~40 800 a BP）、TMS 3c （40 800~32 800 a BP）、TMS 3b （32 800~25 400 a BP）和TMS 3a （25 400~22 940 a BP）等5个亚段, 25次冷暖波动与格陵兰冰芯和中国南方石笋记录的D/O事件以及北大西洋深海沉积物记录的H事件具有很高的同步性。     

腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰期5e的主量元素特征及其记录的古气候

腾格里沙漠南缘地处中国西北沙漠与黄土交错带,也是东亚冬季风与夏季风交替控制的过渡地带,其对全球气候变化十分敏感,是研究古气候与古生态的理想地点。选择该区域一典型剖面即"土门剖面"(TMS)为代表,通过野外考察、采样和室内采用X-射线荧光光谱仪进行主量元素测试,探讨了以该剖面主元素氧化物为气候代用指标指示的腾格里沙漠沙漠南缘末次间冰期5e(MIS5e)的古气候变化。年代相当于MIS5e的土门剖面末次间冰期5e层段(TMS5e)由16层风成砂、11层湖积黄土和5层湖相构成,记录了14.5个风成砂与湖相或和湖积黄土构成的沉积旋回与元素旋回。分析结果显示,该层段8种主量元素的含量高低依次为:SiO₂ >Al₂O₃ >CaO >TOFE(FeO+Fe₂O₃) >K₂O >MgO >Na₂O >TiO₂,平均值依次为64.11%、11.31%、5.15%、4.08%、2.37%、2.26%、2.01%、0.41%。这些主量元素在TMS5e层段的垂直方向上呈两组镜像对称变化:一组为SiO₂,其含量在风成砂层位显峰态,而在湖相和湖积黄土层位显谷态;另一组为Al₂O₃、TOFE、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、TiO₂,它们在风成砂层位呈谷态,在湖相和湖积黄土层位显谷态。土门剖面TMS5e层段的主元素氧化物指示的MIS5e腾格里沙漠南缘的气候是不稳定的,经历了14.5次暖湿与冷干交替的气候波动,且可划分为TMS5e5(139~129.30 ka BP)、TMS5e4(129.30~124 ka BP)、TMS5e3(124~119.50 ka BP)、TMS5e2(119.5~116.5 ka BP)和TMS5e1(116.5~113.70 ka BP)等5个亚段,其在时代上与末次间冰期5eGRIP冰芯δ¹⁸O记录的5个阶段具有遥相关关系。该研究深化了对我国西北季风边缘区MIS5e古气候状况的了解,也为国际上仍有争议的"MIS5e气候是不稳定"的理论观点提供了有力的地质证据。     

柴达木盆地盐湖周边灌丛沙丘微量元素特征与环境意义

对柴达木盆地盐湖周边灌丛沙丘沉积物微量元素、粒度测试,并与其他体系沉积物对比,分析微量元素地球化学特征及环境状况。结果表明:1)微量元素以V、Cr、Zn、Rb、Sr含量较大,其中Sr含量最高,Rb次之;与中国黄土、新疆灰钙土相关系数R2为0. 96,斜率分别为1. 07和0. 99,含量总体相似; Sr、U高于灰钙土和黄土,其中,Sr含量表现为灌丛沙丘灰钙土黄土,Rb、Sn、Cs、Pb、Th含量介于二者之间,其余元素含量均低于二者;其与中国沉积层元素丰度存在差异。2) Sc、V、Co、Ni、Cu、Cs、U与黏粒(2μm)和粉砂(2～63μm)相关度均较高,而Ga、Rb、Pb主要受控于黏粒组分,Cr、Zn、Sr、Nb、Sn主要取决于粉砂组分; Y、Th与其他元素及不同组分无相关性; Rb/Sr比仅与Ga、Rb、Pb元素及 63μm的砂组分呈极显著正相关,与其余元素相关度低或不相关,或极显著负相关。3) Rb、Sr分别反映了沉积物近地化学风化成壤作用和源区物理风化过程; Sr/Cu值介于15～20之间,Th/U值介于3. 5～4之间,C. V值差异不大,元素垂直变异较小;总体表面灌丛沙丘沉积发育于极端干热环境,未发生明显还原作用。     

南昌市厚田剖面末次冰期风沙沉积的粒度分维特征及其揭示的古环境意义

赣江下游阶地上断续发育着系列沙丘砂－砂质古土壤序列,有助于探讨亚热带地区粒度分维特征对古环境的指示意义。在多次综合考察的基础上,选择南昌市新建区的厚田剖面开展工作,在OSL年代和粒度测试基础上,采用分形理论中的幂指函数关系法分析了粒度分维特征,并将其与黏粒体积分数、平均粒径、冬夏季风敏感粒径、南京葫芦洞石笋氧同位素进行对比。结果表明：1）厚田剖面的沙丘砂－砂质古土壤序列主要形成于末次冰期（14.9—77.0 ka）,其中沙丘砂的分维值为2.04~2.62（平均值2.34）,砂质古土壤为2.24~2.70（平均值2.51）。2）分维值与夏季风强度敏感粒径呈正相关性,与冬季风强度敏感粒径呈负相关性,且与粒度分选性密切相关,标准偏差越小则分维值越小,反之则越大。3）分维值在垂向上呈现峰谷交替旋回,峰值分别对应MIS2早期、MIS3c和MIS3a阶段,该时期夏季风强盛,气候暖湿,砂质古土壤发育;谷值分别对应MIS2晚期、MIS3b和MIS4阶段,该时期冬季风强盛,气候干冷,沙丘砂发育。说明厚田沙地在末次冰期发生了3次气候冷暖旋回,其中还明显记录了H5、H6的极端寒冷事件。由此可见,鄱阳湖地区的风沙沉积序列基本同步于区域乃至全球性气候变化事件。     

巴丹吉林查格勒布剖面记录的150 ka BP以来的常量化学元素波动

 巴丹吉林沙漠查格勒布剖面150 ka BP以来存在25个由风成沙丘砂与黄土、古土壤、湖相和冲坡积砂土砾石层构成的沉积旋回。剖面常量化学元素分析显示:湖相、黄土和古土壤中的Al2O3、Fe2O3+FeO、CaO、MgO、K2O、Na2O和TiO含量基本上高于风成沙丘砂,而SiO2则呈相反变化,构成了与沉积旋回相应的150 ka BP以来25个元素变化旋回。剖面中各元素的这种分布和集散规律也与元素的富集系数和淋失系数波动一致。研究表明,暖湿气候作用下稳定性元素Al2O3、TOFe、TiO和非稳定性元素CaO、MgO、Na2O、K2O都能相对富集,与剖面所处的特殊的洼地地貌位置有关。常量化学元素的综合分析表明,这种元素变化旋回是由巴丹吉林沙漠晚更新世以来的干寒多风与温湿至暖湿气候变化所致,其根本原因与冰期、间冰期气候波动影响下东亚冬夏季风的“拉锯式”摆动有关。     

巴丹吉林沙漠查格勒布剖面微量元素反映的150 ka BP以来的气候变化

 通过对巴丹吉林沙漠查格勒布剖面150 ka BP以来地层层位中16种微量化学元素的分析发现:化学性质相对稳定的元素P、Mn、Zr、Cr、Pb、Rb、Nb、Y和相对活泼的元素V、Sr、Ni、Cu、Zn、As均随25个风成沙丘砂与黄土、古土壤、湖相、冲坡积砂土砾石层构成的沉积旋回显示为25个含量低-高变化旋回,呈跌宕起伏且多波动的锯齿状的元素相对迁移-聚集过程线。元素在风成沙中呈现的低值,揭示了干旱寒冷气候作用下风力的侵蚀搬运与堆积作用；在砂土砾石层特别是湖相、黄土和古土壤中相对富集,则与暖湿气候背景下剖面所处的特殊洼地地貌位置有关。上述变化特征主要是巴丹吉林沙漠南缘地区150 ka BP以来的25个干寒多风-温湿或暖湿的气候波动所致,其根本原因可能与全球冰期-间冰期气候波动影响下的东亚冬夏季风的“拉锯式”摆动有关。     

萨拉乌苏河流域MGS2层段粒度与CaCO3记录的千年尺度气候变化

测定、分析毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面MGS2层段的粒度与CaCO3,发现该层段不同沉积相粒度Mz和σ呈现峰谷变化,CaCO3含量在沙丘砂及其上覆的河流相和湖沼相中依次变化于0-2.94%(平均值0.39%)、0.14%-2.68%(1.43%)和0.39%-15.57%(8.82%),并与Mz呈显著相关,构成与沉积旋回波动韵律相同的5.5个峰谷交替的粒度与CaCO3旋回。研究表明,毛乌素沙漠冬季风盛行时期沙丘砂强烈堆积,CaCO3发生迁移;夏季风盛行时期河流相和湖沼相发育,粉砂和粘土含量增加,CaCO3相对聚集。这些旋回代表东亚冬夏季风千年尺度交替变化的气候旋回。     

柳夼剖面末次冰期层段Rb/Sr的不稳定变化及其揭示的气候特征

位于山东半岛北部成山头附近的末次冰期地层,被称为“柳夼红层”。在野外调查的基础上,选择柳夼剖面进行工作,其末次冰期地层主要由沙丘砂与古土壤或湖积层叠覆堆积组成,地质时代为13.1―78.9 ka BP。根据铷、锶、Rb/Sr和矿物组成的分析结果,得出结论如下：1）不稳定矿物尤其是钾长石和斜长石等分解释放出铷、锶,释放量随着风化作用加强而增加。地球化学行为的差异使铷在风化过程中被吸附而锶淋失,导致铷的质量分数在沉积相中表现为沙丘砂＜砂质古土壤＜湖积层＜粉砂质古土壤,锶则表现为沙丘砂＞湖积层＞砂质古土壤＞粉砂质古土壤。2）铷、锶和Rb/Sr在层段上呈现出明显的峰谷变化,将末次冰期的气候波动特征呈现为LKS4、LKS2的寒冷期和LKS3的温暖期,LKS3又可划分为LKS3b的寒冷期和LKS3c、LKS3a的温暖期,体现了万年尺度的气候波动特征。这些暖阶段同步于中国季风区葫芦洞石笋记录的夏季风强盛期和65°N 7月份天文辐射总量的高峰,冷阶段对应于夏季风减弱期和天文辐射总量低谷,表明柳夼剖面末次冰期的气候变化是太阳辐射量和东亚夏季风格局共同影响下的结果。     

巴丹吉林沙漠东南缘查格勒布鲁剖面CGS1层段粒度特征及其指示的全新世千年尺度气候变化

位于巴丹吉林沙漠东南缘的查格勒布鲁剖面CGS1层段记录了全新世以来显示风力强弱的沙丘砂与黄土堆积旋回。以Md（Φ）、Mz（Φ）的5 Φ（31.5 μm）为界,可以划分出10个“C1-C10”明显的和1个“C11”较弱的（<5 Φ）旋回变化。其中,有7个属于沙丘砂与之上覆黄土或古土壤构成的旋回。这些旋回在Md（Φ）、Mz（Φ）上显示出多谷峰波动的形式。不仅如此,粒度的σ、SC/D值和>63 μm含量亦随之响应。研究认为,CGS1层段粗粒和细粒层位Md（Φ）等参数和>63 μm含量的变化分别代表了东亚冬夏季风的作用过程;冬季风时期的C1与北大西洋IRD事件的冷期B0和B1,C2、C3、C4依次与B2、B3、B4,C7、C9、C10依次与B5、B6、B7在时间-气候性质上具有很好的对应;北大西洋B8冷期在CGS1中没有明显表现,但仍然能够在Md（Φ）、Mz（Φ）曲线上看到这是一个<5 Φ的低值时期,而>63 μm的含量相应增高;C5、C6和C8寒冷时段虽未见于北大西洋,但在中国一些地点却有发现。这些由若干粒度指标反映出来的寒冷事件表明,在全新世东亚夏季风活动盛行的总的形势下还存在频繁的千年尺度的冬季风波动。而尤为重要的是这些寒冷事件存在的与北大西洋寒冷事件的遥相关的关系表明,除C5、C6和C8以外的CGS1粒度记录的寒冷事件都隐含了北大西洋的强烈信号。从这个意义上来说,笔者讨论的内容可为全新世北半球的D/O震荡及其形成机制提供一个比较理想的东亚季风变化与中国沙漠区域环境响应的地质证据。     

毛乌素沙漠东南缘滴哨沟湾剖面DGS1层段粒度特征及其指示的全新世气候变化

分析滴哨沟湾剖面全新统DGS1段的粒度数据,认为流动沙丘砂、泥炭、砂质古土壤、古固定-半固定沙丘砂到湖沼相和次生黄土的颗粒总体上变细,分选变差。结合腹足类动物化石和湖沼相地层中石英砂粒表面电镜扫描,认为DGS1粒度结果实际上是全新世以来多次冬夏季风的交互演替过程的气候-地质记录。据此,将DGS1粒度信号记录的全新世气候分为4个阶段——全新世早期好转期、全新世鼎盛期、大暖期向寒冷期转变波动期和降温不稳定的沙漠化频繁变化时期。     

Sedimentary cycles of trace elements in Salawusu River Valley since 150 ka BP

The paper makes some analyses on 11 trace elements in the Milanggouwan stratigraphical section in the Salawusu River valley, which is regarded as a prototype geology-palaeoclimate record since 150 ka BP. The results show that the content and variation of trace elements has experienced remarkably regular changes in the pace with coarse and fine sedimentary cycles of palaeo-aeolian sands to its overlying fluvio-lacustrine facies or/and palaeosols. The trace elements with chemical properties of relatively active (V, Sr, Cu, Ni, As) and relatively stable (P, Pb, Rb, Mn, Nb, Zr) are a manifestation of the corresponding 27 changeable cycles between peak and valley values, appearing a multi-fluctuational process line of relative gathering and migration since then. The low numerical value distribution of these two types of trace elements in the aeolian sand facies represents erosion and accumulation under wind force during the cold-dry climate. Whereas their enrichments in both fluvio-lacustrine facies and palaeosols are related to the valley’s special low-lying physiognomic position between the Ordos Plateau and the Loess Plateau under the warm and humid climate conditions. The above relatively migrated and gathered change of the trace elements is the result of 27 climatic cycles of cold-dry and warm-humid, which is probably caused by repeated alternations of winter monsoon and summer monsoon in the Mu Us Sandy Land influenced by the climate vicissitudes in northern hemisphere during glacial and interglacial periods since 150 ka BP.     

Sedimentary cycles of trace elements in Salawusu River Valley since 150 ka BP

The paper makes some analyses on 11 trace elements in the Milanggouwan stratigraphical section in the Salawusu River valley, which is regarded as a prototype geology-palaeoclimate record since 150 ka BP. The results show that the content and variation of trace elements has experienced remarkably regular changes in the pace with coarse and fine sedimentary cycles of palaeo-aeolian sands to its overlying fluvio-lacustrine facies or/and palaeosols. The trace elements with chemical properties of relatively active (V, Sr, Cu, Ni, As) and relatively stable (P, Pb, Rb, Mn, Nb, Zr) are a manifestation of the corresponding 27 changeable cycles between peak and valley values, appearing a multi-fiuctuational process line of relative gathering and migration since then. The low numerical value distribution of these two types of trace elements in the aeolian sand facies represents erosion and accumulation under wind force during the cold-dry climate. Whereas their enrichments in both fluvio-lacustrine facies and palaeosols are related to the valley’s special low-lying physiognomic position between the Ordos Plateau and the Loess Plateau under the warm and humid climate conditions. The above relatively migrated and gathered change of the trace elements is the result of 27 climatic cycles of cold-dry and warm-humid, which is probably caused by repeated alternations of winter monsoon and summer monsoon in the Mu Us Sandy Land influenced by the climate vicissitudes in northern hemisphere during glacial and interglacial periods since 150 ka BP.