中国人类世科学研究新进展

国际地层委员会人类世工作组决议人类世应由全球界线层型剖面和点位(“金钉子”)定义为一个正式的地质年代单位。20世纪中叶以来人类活动突变式增强,改变了原有的地球演化速率和方向,对地球环境造成极为显著的影响,并在地质记录中留下清晰的具有全球同步特性的物理、化学和生物印记,为识别这一年代地层单位的底界提供了最佳选择。当前,全球共有12个人类世“金钉子”候选剖面和点位参评。与此同时,中国学者在人类活动代用指标体系构建、人类世候选“金钉子”研究与国际对比方面取得了突出进展,发现人工放射性核素、微塑料、δ¹³C、δ¹⁵N和硅藻等均可作为人类活动理想的标志物,且远离城市和人类活动影响的中国四海龙湾玛珥湖沉积物剖面对全球信号敏感,^239,240Pu浓度于1953年快速增加,多环芳烃、¹²⁹I、烟炱¹⁴C、碳球粒、DNA、δ¹³C和重金属等指标在1953年前后均存在系统性变化,因此提出1953年作为人类世底界。中国四海龙湾湖沉积物剖面与日本别府海湾沉积物剖面被人类世工作组提...     

黄土塬竖井剖面黄土-古土壤碳同位素记录特征

选取位于黄土高原中部西峰和洛川塬面中心地区,分别开挖一个竖井获得L2以来连续黄土-古土壤沉积序列的剖面,并对剖面样品的总有机碳、无机碳酸盐的碳同位素组成进行分析.结果显示黄土-古土壤的有机质碳同位素变化与前人对天然剖面的研究结果一致,同时也注意到黄土-古土壤序列有机碳δ813Corg与无机碳酸盐δ13Ccarb有相似的变化趋势,两者在统计学分析意义上均呈显著正相关关系,西峰塬和洛川塬的相关系数分别为r=0.615和r=0.314,a<0.01,该结果与以往对黄土高原塬面边缘天然露头剖面获得有机碳与总碳酸盐碳同位素呈反相关趋势的结论不一致.对于这种现象的初步解释可能是:(1)来自后期的改造作用:由于黄土沟谷出露的天然剖面多发生在雨水冲刷黄土塬面所切割形成的沟谷两侧,这样天然剖面处于一个开放或半开放的环境,其表层至某一深度受外界水热环境和气体交换影响黄土中的无机碳酸盐;(2)同时黄土-古土壤竖井剖面也可能受土壤CO2分压的影响造成土壤次生碳酸盐的形成而导致同位素变化趋势的复杂性;(3)采样点区域性的差异.结果表明,深入研究不同地区塬面竖井剖面黄土-古土壤碳同位素组成并与相应地区的天然剖面碳同位素组成进行对比,将有助于更准确地理解黄土-古土壤碳同位素所记录的古植被和古气候变化历史.     

洛南黄土有机碳同位素组成及其与洛川、西峰黄土对比

以往黄土-古土壤碳同位素的研究主要集中在东亚季风控制的干旱-半干旱黄土高原中北部地区,而对于秦岭南部暖温带季风性半湿润气候区黄土-古土壤序列有机碳同位素的研究鲜有报道。对比两种气候条件下的黄土有机质碳同位素组成可更广泛和深入地认识黄土碳同位素所指示的生态环境变化。为此,本研究选取了位于秦岭南麓的洛南上白川、刘湾两剖面,剖面厚度分别为74m和10m,以20cm间距采集上白川剖面38个样品,刘湾剖面51个样品。采用高温灼烧氧化法对全部样品有机质碳同位素组成进行测定,并将结果与黄土高原中部洛川和西峰剖面有机质碳同位素进行了对比。结果表明： 上白川剖面有机碳同位素（ δ13Corg.）的变化范围为-24.43‰～-21.30‰,刘湾剖面的变化范围为-24.70‰～-20.52‰,洛川剖面的变化范围为-23.37‰～-18.72‰,西峰剖面的变化范围为-23.68‰～-19.47‰。末次间冰期位于半湿润地区的上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值较半干旱地区洛川、西峰剖面偏负1‰～2‰,即上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值分别较洛川剖面的峰值偏负1.8‰和1.9‰,较西峰剖面的峰值偏负1.3‰和1.4‰。因此,该区的植被覆盖应是以C3植物为主的C3和C4混合草原植被类型;从整体上来看,洛南剖面古土壤层碳同位素较相邻黄土层的碳同位素偏正,因此,古土壤形成时期C4植被相对比例增加。末次间冰期洛南上白川和刘湾剖面有机碳同位素峰值较洛川、西峰剖面的峰值偏负1‰多,表明受东亚季风控制的半干旱-半湿润的黄土区,暖季节降水对C4/C3植被相对比例增加的趋势和幅度均具有明显的影响,主要表现在暖季节降水的增加有利于C4植被相对比例的增高,同时降水的季节性分布和/或降水量的增多影响土壤有机碳同位素所记录的C4植被相对比例及其增加幅度。     

青藏高原东北部全新世泥炭正构烷烃的生物记录

通过对正构烷烃分布特点的系统分析,恢复了青藏高原东北部全新世以来泥炭的生物记录。正构烷烃nC25和nC31相对含量在泥炭序列中呈现的规律性变化揭示出,在全新世期间因气候的变化幅度不同而引起了生物形态种或化学种的取代,即当气候变化幅度大时,沼泽地可能出现了水生植物和陆生植物群落之间的相互演替;当气候波动小时,则出现了分子（化学）种之间的相互取代。将这一研究结果与同一地区的孢粉资料对比、验证,分析了它们之间的差异性,提出了类脂分子化石可作为恢复植被的有效工具,与孢粉相结合,可获取更为全面的植被演化历史。这一研究为青藏高原地区全新世以来的有关生物学信息提供了新的证据。     

青藏高原东北部30ka以来的古植被与古气候演变序列

利用孢粉分析并结合沉积学及~(14)C测年等资料,阐明青藏高原东北部若尔盖高原30ka来的古植被与古气候演变序列以及主要的气候事件。古植被经历了高寒荒漠-草原和亚高山草甸-高寒荒漠-草原、沼泽和亚高山草甸-岛状森林、沼泽和草甸-云杉、冷杉林及沼泽-岛状暗针叶林、沼泽和亚高山草甸7个阶段。气候与植被相应发生了多次变化,冰后期和全新世期间的气候事件在这里均有明显表现。     

渭河盆地河流阶地演化及其构造—气候意义

渭河盆地渭河及其各支流演化历史与区域构造、气候变化密切相关,因此盆地内各河流阶地的成因和演化是研究渭河盆地环境演变的重要科学问题。河流阶地之上黄土的磁性地层学被普遍用来获得盆地内河流阶地形成的年龄。尽管粉尘物质在第四纪以来覆盖了盆地大范围区域,河流阶地形成与粉尘物质最终保存在阶地之间可能还存在一定的时间差异。所以,尽管借鉴黄土—古土壤序列的区域对比,能够推断河流阶段的年代范围,仍需更多绝对年龄方法对其进行约束。本文通过渭河盆地内渭河不同支流河流阶地形成年代、拔河高度等的综合分析,结合大范围区域隆升过程及第四纪气候演化序列对比,发现并不是所有气候变化的重要节点就有相应的河流阶地形成,河流阶地年龄空间分布也有一定的区域性特征,提出渭河盆地河流演化与构造运动造成潜能及气候变化诱发这些潜能的释放密切相关。所以,渭河盆地河流阶地主要是在大范围的构造隆升和气候变化共同作用下的构造—气候旋回阶地。渭河盆地水系演化史的重建对全面认识黄河中游水系早期的形成演化具有重要意义,尤其是解决渭河、黄河贯通三门峡的争议,但还需要更多可靠的不同河流地质证据和多种分析数据的印证和约束。     

全新世气候系统的突变及周期性

高纬冰心、海洋沉积物及陆相古气候沉积记录揭示了全新世冰后期(最近1万年以来)存在系列气候突变事件及百年—千年尺度的气候周期韵律,证实了在冰期-间冰期旋回大尺度气候背景下全球气候存在较大不稳定特征这一基本事实。全新世作为与人类文明衔接的最新地质时段,各国科学家针对全新世气候系统变化特征及驱动机制的研究不断取得新的进展,这些成果将为未来气候演化趋势预测提供重要的历史相似性。总结了近年来关于全新世气候系统的突变及周期性研究的一些成果,并进行了概略的评述和展望。     

热解法用于礼村黄土-古土壤地层~(14)C测年

采用简单的热解方法分离黄土-古土壤不同有机组分进行14C测年的探索,通过加热使黄土-古土壤有机质发生裂解,选择400℃作为试验温度,对陕西省岐山县礼村剖面黄土-古土壤粉末样品在400℃下挥发出的Py-V组分和残留下的Py-R组分分别进行14C(AMS)测年,并结合该剖面同层位黄土地层与考古文化层接触关系,认为礼村剖面受人类活动影响强烈的地层中,Py-V组分年龄能代表真实年龄;在未受人类活动影响自然沉积地层中,Py-R组分年龄能代表真实年龄。     

中全新世和末次盛冰期北大西洋涛动变化及其与亚洲降水的联系:基于MPI-ESM模拟试验

本文利用古气候模式比较计划第三阶段(PMIP3)中MPI-ESM模式模拟输出, 采用主分量分析、回归分析、多窗谱分析等方法, 探讨了中全新世(MH)和末次盛冰期(LGM)北大西洋涛动(NAO)变化及其与亚洲降水的关系。结果表明:MH冬季NAO较现代有轻微增大, 南部高压中心东移; 而LGM冬季NAO明显减弱, 南北气压活动中心转为西南-东北走向。MH冬季强NAO信号可通过海洋记忆效应持续至夏季, 并以准静止Rossby波形式传至东亚地区, 导致乌拉尔山和鄂霍次克海阻高增强、贝加尔湖低压加深, 这种倒"Ω"流场增强有利于冷空气南下, 并通过热成风原理使得副热带西风急流增强, 急流南侧产生上升异常, 有利于该区降水产生; 而LGM时NAO减弱引起夏季倒"Ω"流场减弱, 冷空气南下弱于现代, 使得副热带西风急流减弱, 其南侧产生下沉异常, 最终抑制降水。因此, MH和LGM两阶段的NAO引起大气环流的变化可能对亚洲夏季降水产生影响。     

黄土-古土壤序列14C年代学研究进展

14C年龄的可靠性在于测年物质的可靠。木质样品被认为是最可靠的测年物质,但在黄土序列中不易发现。最常用的测年物质是有机质,其含量低于2%,并受到农业施肥和现代植物根系渗透的影响,造成14C年龄偏年轻,本实验室采用新的前处理法能有效地分离年轻污染物。在稳定沉积的古土壤中,孢粉可作为可靠的测年物质。黄土中的蜗牛吸收了不同放射性比度的14C,如果用于测年能影响年龄的准确性,通常挑选蜗牛文石进行测年。加速器质谱测年技术的运用使得黄土序列14C年代研究更快捷、更灵敏,但研究重点仍集中在可靠测年物质的选择和提取方法上。