温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素.大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ13C)研究表明,温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正),降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负);同时,C4植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成.基于这些认识,以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究.但是,相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展.本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析.结果表明,在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ13C值偏正;反之,在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ13C值偏负.通过分析表明,研究区的植被类型是以C3植物占主导地位,C4植物对土壤有机质δ13C变化的贡献有限,并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点,据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素,超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响.这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用.这些认识对于在未来全球变暖背景下,东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义.     

前处理步骤与方法对风成红粘土粒度测量的影响

中国北方晚第三纪红粘土堆积为研究古气候与古环境提供了很好的地质记录,其粒度测量作为一个重要的代用指标被广泛应用。粒度测量结果受到前处理方法的影响,但是,现在各个实验室的前处理方法还不一致,这就为粒度数据分析和古气候古环境解释带来了困难。在黄土高原从北到南选择了3个具有代表性的红粘土剖面,对每个剖面从下向上取10块样品总计得到30块样品,对每个样品用不同的前处理方法与步骤（包括化学分离石英的方法）处理后用激光粒度仪进行颗粒测量。结果表明,前处理方法与步骤可以使同一个样品粒度参数发生几倍甚至于二十几倍的变化。综合理论和经验分析,推荐了一种较好的进行风尘堆积粒度测量的前处理方法（正文中方法C）。化学分离的纯石英的粒度分布比本文推荐的方法处理同一个样品的粒度结果偏粗,表明在提纯石英的过程中较细的不稳定矿物已经被剔除。     

钻探揭示的青藏高原东北部黄土地层与第四纪气候变化

青藏高原地表侵蚀强烈,不利于保存连续的第四纪松散沉积物,难以获得良好的高原环境变化记录.在青藏高原东北部的西宁-互助地区,堆积着厚层黄土,是认识高原第四纪环境演化和气候变化重要的信息载体.但是,由于次生黄土披覆较厚,露头剖面不完整,长久以来,对这套风成沉积没有进行过全面细致的研究.根据钻探岩芯揭示的土壤地层、磁性地层以及磁化率变化,初步认为青藏高原东北部厚层黄土堆积底界的年代大约为2.0Ma.黄土-古土壤序列可以与黄土高原中部的标准黄土地层对比,但青藏高原黄土有着更为复杂的沉积和侵蚀过程.在具有较好年代学控制的基础上,可以重建第四纪气候变化的某些细节.在冰期-间冰期时间尺度,青藏高原第四纪气候变化与中国北方气候变化对应,但是,在早更新世青藏高原古气候变化有幅度大和频率高的特点.根据与标准黄土堆积的时间序列对比,在距今129～71ka, 254～188ka, 334～279ka, 428～385ka, 576～471ka, 670～658ka, 748～706ka, 788～760ka, 883～853ka, 1000～967ka, 和1120～1061ka等时间段,青藏高原东北部古气候相对温暖湿润;其间厚层的黄土/砂层堆积,即71～12ka, 188～130ka, 380～334ka, 471～428ka, 658～576ka, 853～788ka, 1273～1265ka 和1727～1640ka等时间段则反映了寒冷干燥的气候,可能与冰川发育对应.对高原黄土堆积的环境替代性指标的深入研究,不仅可以揭示古气候变化过程,而且可能为研究青藏高原冰川变化提供有价值的线索.     

利用黄土沉积速率与粒度的相关性建立黄土序列年龄的新方法

基于黄土沉积速率与粒度的相关性提出了一种通过求解代数方程组而确定黄土地层年龄的新方法。以洛川剖面为例,用该方法确定了其Ｓｌ顶部至Ｓ２底部深度－年龄的转换关系,与ＳＰＥＣＭＡＰ高分辨率的深海氧同位素记录的对比表明了该方法在确定黄土序列年龄上的有效性。     

黄土高原红粘土与黄土古土壤粒度特征对比--红粘土风成成因的新证据

对黄土高原具有代表意义四个剖面的晚第三纪红粘土样品进行了粒度分析,并将结果与典型风成黄土古土壤样品的粒度特征进行详细对比,得到红粘土是风成成因的沉积学证据。结果表明,黄土高原红粘土与其上覆第四纪古土壤形成环境相似,红粘土是在相对于黄土堆积搬运风动力变幅小的条件下沉积的,在沉积之后受到较强的风化成壤改造作用。     

中国北方更新世极端冷期冬季风的快速变化

对黄土高原中部洛川和西峰黄土堆积的“上、下粉砂层”进行了间隔 5～ 6 cm的详细采样 ,测量了 80 0多个样品的粒度分布和磁化率值 ,根据沉积速率模式建立了一个相对独立的、较精确的时间标尺。结果表明 ,中国北方更新世极端冷期的黄土堆积记录了东亚冬季风频繁的和较大幅度的千年尺度变化。冬季风加强事件一般持续约1.8～ 2 .4ka。亚轨道时间尺度冬季风变化的可能原因是 ,在极端冷期赤道和极地气温差增大 ,纬向西风环流加强引起的大气环流和蒙古高亚不稳定 ,从而引起东亚冬季风千年尺度变化。在极端冷期降雨量和平均温度低于某个阈值的时候 ,虽然夏季风强度存在变化 ,但不足以影响磁铁矿和磁赤铁矿的形成 ,所以那时磁化率的变化不能很好地记录夏季风气候变化。     

库姆塔格沙漠地表物质组成、来源和风化过程(英文)

Kumtagh Desert is one of the eight biggest deserts in China, but poorly investigated before our interdisciplinary study because of the difficulty of access. In this paper, 33 representative surface sediment samples were collected from the Kumtagh Desert and analyzed in the laboratory to obtain heavy mineral components and geochemical element contents. Results show that various kinds of heavy minerals are present in these samples, with high levels of epidote and hornblende. Si and Al take up a large part of chemical composition. Compared with the average composition of geochemical elements of the upper continental crust (UCC), except Si and Ca, all elements are depleted to a certain degree; Fe, Mg, Ca, P, Ti and Mn have high correlation coefficients in their contents. The mineral and geochemical composition of the Kumtagh Desert sediments have a similarity with that of rocks of Altyn Tagh Mountains, and the surface sediments of the alluvial/diluvial fans around the Altyn Tagh Mountains and that of the Taklamakan Desert, indicating that one major source of the Kumtagh Desert sediments is located in the Altyn Tagh Mountains. Alluvial deposits and lake sediments in Aqik valley and lower reaches of Shule River are prone to be eroded and transported by the strong northeasterly wind into the Kumtagh Desert, forming another source of the desert deposits. An A-CN-K ternary diagram shows that a weak degree chemical weathering by the loss of Na and K occurred in these sediments, whereas A-CNK-FM ternary diagram suggests that Fe and Mg have undergone a significant chemical differentiation. Physical weathering processes cause easy erosion and enrichment in fine particles for mafic minerals, thus coarse desert sand particles can be relatively depleted in Fe and Mg. The mineral and geochemical composition of sediments in arid regions experiencing less chemical weathering are mostly affected by physical weathering.     

末次冰期晚期半干旱环境下黄河阶地上的河流与风沙沉积交互过程

风沙与河流地貌过程的交互作用是半干旱环境典型的地表过程。位于半干旱区的黄河兰州至银川段,现代风沙与河流沉积过程相互影响剧烈,而该区域地质历史时期风沙与河流交互过程的沉积记录还鲜有报道。文章对该区域黄河二级河流阶地堆积序列(河道砾石-具水平层理砂层-沙丘砂-条带状粉砂)进行了详细的沉积学分析。结果表明,流水作用形成的水平砂层之上覆盖的厚2~3.8 m的沙丘,由成分均匀的极细砂和粗粉砂组成;发育块状结构,而未见流水沉积结构;为典型风成沙丘。其上覆盖的粉砂层,粒度组成与该地区砂质黄土有相似性,以粗粉砂颗粒为主;但其还含有少量的粘土和极细砂组分,分选差,且发育薄层条带状纹层(层厚约5~10 cm);为河漫滩环境下主要为风尘输入的颗粒在静水条件下沉降形成的河漫滩相沉积。风成沙丘的众数粒度值略小于下伏水平状河流砂众数粒度,而粗颗粒组分和细颗粒组分含量都略小于下伏河流砂,表明风成沙丘可能是由风力分选、搬运下伏河流砂,就地堆积形成。风成沙丘与下伏河流砂的主量元素组成基本一致,而与该区域物质来源于较大范围的风成砂黄土主量元素的组成相差较远,也表明该阶地堆积序列中发育的风成沙丘物质来源于局地下伏的河流砂层。光释光年代测试的结果表明,风成沙丘堆积于距今约21~16 ka期间,而上覆河漫滩堆积于距今约14~13 ka期间。末次盛冰期,干旱气候和强劲的冬季风导致早期河漫滩上发育风成沙丘,而随后的冰消期夏季风的加强和相对暖湿的气候,使得末次盛冰期形成的沙丘被河漫滩沉积覆盖。该区域黄河二级阶地由辫状河砾石(夹砂透镜体)-河漫滩砂-风成沙丘-河漫滩粉砂构成的沉积序列是该区域末次盛冰期以来风沙与河流交互作用形成的良好记录,反应了半干旱地区地表过程(风沙和河流交互)对气候环境变化的响应。     

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。     

中国黄土地层Rb和Sr地球化学特征及其古季风气候意义

本文详细研究了陕西洛川黄土剖面中Rb,Sr的含量变化及其在不同粒级与不同相态中的分布特征。结果表明Rb在粘粒中含量高，基本只存在于残留态中，而Sr则主要分布于砂和粉砂粒级中，并以残留态与碳酸盐结合态为主要赋存相态，因此黄土和古土壤中Rb、Sr含量的差异应与冬季风驱动的粒度分选作用引起的物质组成变化及风驱动的风化成壤强度密切相关。Rb／Sr值变化实际上反映了东一业季风系统的两个相互消长因子－－冬季风与夏季风在轨道时间尺度上的循环交互特征。洛川剖面2.6Ma以来Sr含量总体演化趋势与北半球冰量变化模式的相似性验证了高纬度冰盖生长与东亚季风强度之间存在着耦合关系，而Rb含量与磁化率之间极佳的正相关关第为今后用Rb画评估成壤作用对磁化率的贡献成为可能。