风成三趾马红土与第四纪黄土的粘土矿物组成异同及其环境意义

文章基于X射线衍射、热分析和理化分析, 对西峰三趾马红土的粘土矿物组成进行较系统研究, 并与上覆第四纪黄土和古土壤样品进行对比。结果表明, 二者的粘土矿物类型相似, 以伊利石为主, 其次是绿泥石、蒙脱石和高岭石; 但伊利石结晶度明显低于第四纪黄土, 而与发育较好的第四纪古土壤(如S4和S5)相当; 三趾马红土中的粘土矿物组成主要为碎屑成因, 成壤作用只对伊利石结晶度有明显影响。根据现代土壤粘土矿物地带性分布规律, 三趾马红土的粘土矿物组合指示了大约6Ma以来, 我国北方黄土高原地区一直处于温带半湿润-半干润的环境条件下, 以后的气候主要在此范围内波动。但伊利石结晶度的变化指示了晚中新世-上新世总体比第四纪较高的风化成壤强度, 体现了较强的夏季风效应。     

甘肃秦安糜子湾剖面中新世风尘堆积的磁性地层学研究

文章对西部黄土高原糜子湾黄土-古土壤剖面进行了磁性地层学研究。该剖面厚度为164.4m,记录了15个正磁极性段和15个负磁极性段,可与标准极性表中从C5r.3r到C5En之间的极性带对比。根据极性界限用平均沉积速率外推,得到该剖面顶界年龄为约11.6MaB.P.,底界年龄为约18.5MaB.P.。糜子湾剖面位于已发表的QAⅠ中新世黄土剖面以东约30km,两剖面相同时代的地层在岩性地层结构和磁化率曲线波动上具有高度的一致性,表明中新世黄土-古土壤序列与第四纪黄土-古土壤序列一样,地层在空间上有很好的可对比性。文章的结果为从空间角度研究中新世环境变化行为提供了新剖面的年代地层框架。     

中新世风尘堆积的地球化学特征及其与上新世和第四纪风尘堆积的比较

文章对秦安中新世黄土-古土壤序列中黄土层样品的常量、微量和稀土元素地球化学特征进行研究,并与西峰第四纪黄土和晚中新世-上新世的风成三趾马红土样品进行对比。结果表明,不同时代的风尘堆积具有大致相似的元素配分模式,并与上地壳平均成分高度接近,表明它们的物质均来自很广阔的物源区,经过多次循环和远距离搬运,并在搬运过程中实现了多种矿物成分高度混合,是远源风尘物质的典型特征。秦安中新世黄土与西峰第四纪黄土相比,常量元素组配特征也有一些区别,主要表现为K,Fe,Mg的轻微富集、Na元素的轻微亏损及相对较高的烧失量,与中新世黄土较细的粒度和相对温湿的气候条件有关。与世界上一些物源较近较小的黄土相比,我国北方不同时代的风尘堆积均具有Cs相对富集、Zr和Hf相对亏损的特征,与粉尘远距离传输过程中的物质分异有关,是沙漠黄土的特点。     

晚新生代黄土高原风尘序列的粒度和沉积速率与中国北方大气环流演变

文章以风尘沉积的粗粒和细粒组分与季风和西风环流的联系为基础,利用黄土高原中部的洛川剖面、西峰剖面和灵台剖面的粒度和沉积速率记录,讨论了晚新生代中国北方季风环流和西风环流的演变历史,总结了这一时期大气环流演变的基本规律和大气环流演变的动力机制.研究表明,自8～7Ma风尘沉积发育至5Ma左右,西风环流和季风环流都有减弱的趋势;自5Ma以来,西风环流和季风环流的强度都在逐步加强;与此同步,季风环流对风尘沉积的贡献增加,而西风环流对风尘的贡献逐渐减小,这一逐渐发展的大气环流趋势与北半球高纬冰盖的逐步发展有关;大气环流的这种趋势变化在8～7Ma,3.4Ma和1.2～0.9Ma这几个时期存在着突变,可能反映了青藏高原的阶段性隆升对中国北方季风环流演化的决定性作用以及对西风环流结构和强度的重要影响.中国北方大气环流在轨道尺度变化的基本特征是,低空季风环流在冰期加强,在间冰期减弱.西风环流和季风环流在冰期和间冰期的强度和格局可能主要与全球冰量的基本状况和青藏高原原面的性质有关.黄土高原的风尘记录在万年尺度和千年尺度的气候事件上都表现出相当明显的区域差异,可能主要与局部地形的大气环流效应有关.     

陕西关中晚更新世黄土—古土壤序列特征及其记录的古环境变迁

陕西关中盆地的泾阳南塬和西安东郊席王晚更新世黄土剖面底部的Ｓ１古生境是由４层古土壤及与其相间的两层古土壤构成。这是目前发现的黄土高原晚更新世黄土，古土壤序列保存较好的剖面。两剖面的地层结构，磁化率曲线和地球化学组分反映出了１２个温湿，冷干气候变化阶段可以归纳为６个气候变化旋回。     

黄土高原西部上新统风成红粘土的微形态特征及其古环境意义

黄土高原中新统-上新统风成红粘土沉积序列是记录东亚季风演化和亚洲内陆干旱化历史的重要载体。红粘土沉积前可能存在相当程度的风化过程,准确区分物源区原生信号和沉积后次生成壤信号是红粘土古气候重建的基础。偏光显微镜下土壤微形态可直观反映沉积结构和成壤程度。本研究以黄土高原西部董湾剖面厚约73.7 m的中新统-上新统（7.1~3.52 Ma）红粘土及其中的钙积层为对象,在野外考察的基础上,对该剖面上部12 m厚度的红粘土进行详细的土壤微形态分析和扫描电镜观察,并与上覆第四纪黄土沉积对比。结果显示,大部分红粘土及碳酸钙淀积层中,光性定向粘土不显著,粘化程度低,次生碳酸盐及晶体沿根孔和裂隙分布,古土壤总体为中等或弱发育程度。部分红粘土层中存在粘粒胶膜或铁锰结核,指示土壤发育相对较强。碳酸钙的淋溶淀积形式和红粘土序列中普遍存在的铁锰胶膜,与红粘土的透水性差、裂隙发育、地形和地下水位波动等因素有关,与古气候之间的关系存在一定的不确定性。红粘土序列中水的参与度高于第四纪黄土,流水侵蚀和地下水位波动影响区域之间地层对比和红粘土理化性质,亟需综合多种研究手段更准确认识红粘土的古气候和古环境意义。

     

中国西风区伊犁盆地塔勒德黄土-古土壤元素地球化学特征及环境意义

通过对新疆伊犁盆地塔勒德探井黄土-古土壤沉积物中常量、微量元素及其相关指标和参数的分析,讨论了西风区黄土-古土壤序列中各元素的分异规律及其与沉积环境之间的关系.结果表明塔勒德黄土-古土壤序列各层位中常量元素含量均表现出SiO2＞Al2O3 ＞CaO＞ Fe2O3 ＞MgO＞ Na2O＞K2O的变化特征;微量元素Rb,S...     

黄土高原黄土-古土壤的矿物组成及其环境意义

采自洛川和西峰剖面的34个黄土-古土壤样品分为砂、粉砂、粘土三个粒级进行了矿物成分分析。结果表明．黄土高原黄土和古土壤的矿物组成基本一致．除了方解石和褐铁矿、磁铁矿因在样品处理时已被剔除未予计算外，其主要矿物是石英、云母、长石和绿泥石。这4种矿物占总量的88％-91%，其他矿物有高岭石、蒙脱石、蛭石和少量重矿物。不同地质剖面和不同地层层位的矿物差异主要表现为组成矿物在含量和粒度上的变化。洛川与西峰剖面、古土壤与黄土以及相同古土壤层的上部与下部相比，它们的矿物组成主要表现为前者古有较少长石和较多云母和蛭石，而且颗粒较细，表明在土壤发育过程中使矿物转变的生物化学风化过程和使矿物颗粒由粗变细的物理风化过程并存。这一结果有利于这样一种土壤发育机制解释，即古土壤发育与黄土堆积过程同时进行，只是在古土壤发育时期黄土的堆积过程缓慢，成土作用大于黄土堆积作用而发育土壤。     

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。     

河南晚更新世—全新世黄土记录的环境变化及物源特征

基于河南新郑县的一套完整晚更新世—全新世黄土古土壤剖面(格大张剖面),应用端元分析模型,对75个沉积样品的粒度分析数据进行分析,并对各端元组分在地层深度对应的时间尺度上做了小波变换。结果认为,从格大张剖面沉积物粒级组分中可以分离出三个沉积端元,端元1可能指示了东亚夏季风作用动力特征,夏季风的强弱引起的温湿变化造成相应时期内沉积物的古土壤化的强弱;端元2可能指示了东亚冬季风作用下沙尘暴沉积动力作用特征,代表了典型风成黄土的粗颗粒组分特征;端元3粒级组分更粗,代表了更强搬运动力条件,应属于东北风搬运黄泛平原粗颗粒而来的近源沉积物,距今3100 a以来尤为显著。根据小波分析结果,认为各端元组分在不同的时间尺度上具有周期性特点。端元分析法在指示沉积物沉积动力环境和物源特征上具有很好的效果,各端元组合特征能够敏感地反映出沉积动力组合特征,很好地反映晚更新世以来各动力变化特征。采用小波分析方法对识别各端元组的周期性特征以及根据目前状态推断未来可能的趋势具有参考意义。     

罗布泊地区自然环境演变及其对全球变化的响应

罗布泊于1962年全部干涸,干涸前湖面积约5400km2,目前湖底被厚20～40cm的盐壳覆盖,海拔约780m。盐湖北岸和东岸普遍发育三级湖积台地,其高度分别为783～785m,789m和810～820m,相应的湖面积分别为9250km2,20000km2和55000km2左右,根据释光和14C年代,它们分别形成于7.0～7.5kaB.P.,约30kaB.P.和90～130kaB.P.,与深海氧同位素第5和3阶段及全新世大暖期在时间上具有很好的对应关系。可见,位于亚洲腹地、气候极端干旱的罗布泊,在地质历史时期其湖面的扩张与收缩受全球气候变化因素驱动,其变化幅度的强弱则与区域环境因素有关。     

晚新生代亚洲干旱气候发展与全球变冷联系的风尘沉积证据

在干旱气候背景下常常有风尘物质的释放和传输,风尘沉积被认为是干旱环境变化良好的地质记录。在亚洲中部和中国北方,大面积的干旱区被沙漠戈壁覆盖,这些地区是粉尘物质的重要源地,释放的风尘物质影响局地和区域环境,并通过参与生物地球化学循环等影响更大空间尺度的气候变化。因此,亚洲中部干旱气候的形成和演化以及发展趋势一直受到重视。长期以来,关于晚新生代亚洲中部干旱气候发展的驱动机制至少有两种解释:一是青藏高原的隆升控制着亚洲中部的干旱化过程,随着高原的阶段性隆升亚洲干旱气候逐步增强;二是晚新生代全球变冷直接驱动着亚洲变干,全球变冷是主导因素。中国黄土高原及其周边地区堆积的黄土-红粘土序列是指示亚洲干旱化过程良好的地质记录,通过对新获得的风尘堆积记录的分析,发现在晚新生代中国风尘堆积的时空演化与全球变冷有较好的对应,全球变冷可以促使亚洲中部干旱气候发展并加强粉尘活动,而青藏高原隆升的幅度和时间还不清楚,进而认为是全球变冷而不是青藏高原隆升直接驱动亚洲内陆的阶段性变干。基于这些结果,我们认为以前关于青藏高原隆升影响全球气候的结论可能高估了青藏高原在地球环境演化中的作用,关于高原隆升直接驱动亚洲干旱化的结论还需要检验。     

中国西北地区晚更新世以来环境变迁模式

中国西北地区晚更新世以来环境变迁有两种模式,新疆地区服从西风带的一般规律,冰期与雨期同步,即冰川前进与气候冷湿、湖面上升的时期相当。甘肃、青海等地主要受季风影响,冰期干冷、黄土堆积盛行,内陆湖面大幅度降低。另外,在末次冰期的间冰段中气候冷湿,内陆湖面普遍升高;而在全新世的高温期则夏季风十分强大,包括新疆和藏北高原气候均以暖湿为特色。     

元素地球化学揭示的长江中游鄱阳湖地区中更新世以来粉尘堆积的物源特征及其环境意义

位于长江中游的鄱阳湖地区深受东亚季风影响,因其特殊的地理、地貌与水文、水系特征,自中更新世以来随着冬季风的加强,在大姑组、九江组砾石层之上风成堆积广泛发育。该区域中、上更新统表现为网纹红土、均质红土和下蜀黄土的独特沉积序列,厘清这三套独特沉积序列的物质来源对于我们认识东亚季风演化及其区域环境响应至关重要。本文选择了长江中游鄱阳湖地区10个典型剖面,基于<20μm颗粒组分的元素地球化学特征,研究了该地区中、上更新统粉尘堆积的特点,并将其与黄土高原西峰黄土和东秦岭黄土做了对比分析。研究认为,长江中游鄱阳湖地区这套独特的沉积序列,元素特征基本相似,具有贫Co、Pb,富Zr、Hf,低Eu/Eu^*(0.53~0.62)、LaN/YbN(4~8)、Ta/Zr(0~0.006)、Nb/Zr(0~0.09),高Y/Ho(28~30)、Zr/Hf(36~48)等特点,与黄土高原与东秦岭黄土有显著区别。基于Hf-Th-Co、Th-Sc-Zr/10和Th-Sc-La蜘蛛图投影分析,鄱阳湖地区第四纪粉尘物质的源岩接近于石英岩类,为被动大陆边缘构造背景下的产物,显著区别于黄土高原与东秦岭黄土(源岩接近于页岩,形成于大陆岛弧构造背景)。进一步分析认为,网纹红土、均质红土的母质均与区域下蜀黄土类似,推测它们均来自于其冬季风上风方向的长江或赣江的古河谷漫滩,这套独特的沉积序列是第四纪以来长江中游现代格局的水系贯通后,冬季风增强,吹蚀大江大河广阔的古河谷漫滩而形成的区域粉尘堆积的结果;是湿热的亚热带季风区对于中更新世以来在轨道尺度上冬夏季风均加强的背景下独特的区域响应。     

晚更新世晚期呼包盆地环境演化与地貌响应

对大青山山前台地沉积地层剖面的沉积学、年代学研究结果表明,晚更新世晚期呼包盆地环境发生过两次重大转变。约47-28kaB.P.的呼包盆地湖泊水位一直维持着较高的水平,湖相沉积沿河伸入大青山内;约28kaB.P.以后,湖泊逐渐退缩,山区及山前地带沉积特征转为以河流加积为主,并一直维持到约22kaB.P.;此后山区河流由加积转变为下切,最大下切深度达100m。断裂两侧的地貌分析表明,在约22kaB.P.之前大青山山前断裂的构造活动不明显;约28kaB.P.的湖泊-河流转换事件是与区域性的气候变化有关。约22kaB.P.的环境突变事件主要由大青山山前断裂的构造活动引起,其垂向活动速率约为4-6mm/a;晚更新世晚期以来大青山山前断裂的稳定时期对应呼包盆地的湖相环境时期,而断裂的强烈活动时期对应气候的冷干时期。     

全新世期间亚洲和非洲干旱区环境的短尺度变化

过去对北非和中国干旱区140 ka BP来环境演化的初步对比表明,两地的干旱度在万年时间尺度上基本同步。这种关系是否也适用于全新世百年尺度的干旱事件,仍是有待研究的问题。本文对撒哈拉地区569个地表淡水指示物和我国北方干旱区158个古土壤和湖泊沉积的14C年代数据进行了时空频数统计分析,揭示出两地沙漠在全新世期间至少经历了三次同时性的、百年-千年尺度的干旱事件, 叠置于季风气候对地球轨道变化响应的总体趋势上;沙漠在纬向上的进退主要受控于季风前沿的伸缩幅度, 说明两个季风系统的短尺度变化可能受统一因素控制。最为显著的干旱事件发生于约4 ka BP。两地干旱区在过去认为的6 ka BP 前后的全新世气候适宜期并没有表现为稳定的湿润环境。我国过去发现的该时期不少的干旱证据被解释为高温所导致的强烈蒸发作用所致。但全新世中期的干旱期在热带的存在及其与冰心记录中低甲烷事件的吻合难以用蒸发来解释,而应与夏季风环流的减弱有关。     

中国和北非沙漠地区沙尘运动的原因剖析

本文着重分析中国和北非沙漠地区沙、尘搬运输送的动力学机制,作者根据野外观察和观测数据,依持续时间和强度为标尺,对风进行了系统的描述和分类.导言部分首先阐述了造成沙漠地表温度差异的主要因素.一个至关重要的要素就是物质的热传导性.例如,坚硬的岩石表面的加热往往没有在松散的沙质表面的快,但在胶结紧实的岩石上,阳光加热可以影响到表面下lm深,而在松散的河流和风成砂上只可达30cma的深度.正是由于这种差异,在很小的范围内,裸露的基岩和沙面上的温度可以有20℃的区别,这种温差难免会导致空气的运动.由于沙面上的空气增温而向上运动,在垂直方向上形成一个"气泵”,而在水平方向上则形成小的锋面.当沙质表面范围较大时,则会产生干绝热对流过程,有时这个过程极为强烈,导致了携带沙、尘的"气尾”.这就是笔者所说的第1类起沙扬尘风.例如,沙漠地区的小"龙卷风”就属于这类.由坡面倾向、地表起伏和积云阴影等造成的增温差异都会形成这类沙尘的运动过程.文章中阐述到干绝热对流时,选用利比亚Hon-Graben,美国PanamitValley及北非的萨赫勒地区的例子.第2类沙尘现象是指增温面积较大时形成积云,干绝热对流十分强烈,对流过程上升到云层,起沙扬尘的面积之大已可以称为沙尘暴.文中叙述的例子是库尔勒和嘎顺诺尔的沙尘天气.文中划分的第3至第5类现象都与雷雨天气所诱发的气流运动直接相关.第3类指的是由单个雷雨气团造成的,第4类是由多个雷雨气团造成的,而第5类则是由大的雷雨天气所造成的.就沙尘暴的影响范围而言,第1至第4类只导致沙尘在就地或小范围内的移动,而第5类则会导致远距离甚至全球尺度上的沙尘输送.笔者所说的第6类沙尘搬运的形式是指沙尘随锋面的运动,诱发因子在北非是南下的极地气团,而在西非是西南季风.第7类沙尘运动则是由全球性的信风和西风天气体系所造成的.但在第4类以上,很难区分不同类型沙尘暴的诱发要素,原因是在信风和西风的锋面上常伴随出现多个或较大的雷雨气团.从沙尘天气过程的强度来讲,主要是第5至第7类会在区域地貌上留下烙印.低等类型的沙尘输送虽然通过对地表物质的搬运也会造就沙丘和风蚀地形,但其形态都很小.只有较大的天气系统才能塑造有主导地位的地貌形态.这种形态被J.Hovermann和H.Hagedorn定义为风营力地形,其在北非的分布上线可达海拔l000m,在垂直带上与其它地貌形态相间.在撒哈拉地区风地形仅出现在一个地貌带上.而在中国风营力地形则分布于3个高度范围的台阶上,其垂直带的形态变化类同于撒哈拉地区.在低台阶上分布上线为1800m,在中台阶上分布范围为2800～3200m,而在高台阶上则出现在4300～4900m的高度作者简介:DieterJakel男60岁教授地理学专业2000-10-25收稿范围内.但就垂直带谱、地貌过程和天气系统而言,中国和北非则不尽相同.     

成都市近地表大气尘的矿物学特征及其环境指示意义

通过对成都市近地表大气尘X射线衍射、电镜扫描分析等研究显示:其主要由石英、长石、伊利石、绿泥石、方解石、石膏等矿物组成;就其形状看有致密的不规则粒状、片状单矿物、不规则粒状聚合体、浑圆形球状飘珠、聚合体放大观察可见片状的粘土矿物和细小的粒状单矿物,偶见藻类;矿物形貌特征及矿物组成空间分布特征的研究显示:球形状飘珠及伊利石、绿泥石、石膏的空间分布特征与工业布局和表层土壤的pH值密切相关,成都市近地表大气尘主要为地表扬尘和工业烟尘的混合物;与土壤的矿物组成比较可见,近地表大气尘重金属污染除土壤贡献外,还有其他污染贡献;石膏在本次研究中平均含量高达8.2%,推测可能成为成都市往年燃煤量大而无明显酸雨现象的原因之一。     

青藏高原北部可可西里库赛湖沉积物及风成物的粒度特征

对青藏高原北部可可西里地区库赛湖钻孔沉积物、冰面风成物和流域风成物粒度特征进行了研究,结果表明: 库赛湖冰面风成物的粒度特征同流域风成物的粒度特征具有明显的区别,而钻孔沉积物的粒度分布特征却和流域风成物的粒度分布特征相似。对库赛湖钻孔沉积物端元组分的分析表明,库赛湖沉积物的来源主要有径流搬运、风力和冰川搬运组分构成,所占的平均比例分别为55.5 ％ ,35.9 ％ 和8.5 ％ 。库赛湖沉积物风成物端元组分的粒度分布特征,得到了冰面风成物粒度特征的验证。尽管没有获得径流搬运组分的样品,但钻孔沉积物的粒度分布特征同流域风成物的粒度分布特征具有的相似性,可能说明,由于库赛湖地区降水较少,湖区径流不发育,流域的风化作用很弱,流域风成物通过流水汇入径流,成为径流搬运的主要物质来源。