中国第四纪黄土环境磁学研究进展

中国黄土分布广泛、沉积连续性好,是进行磁性地层研究和重建古环境、恢复古气候的理想材料。中国黄土高原黄土—古土壤序列的环境岩石磁学性质详细地记录了2.5 Ma BP以来古气候和古环境变化的信息,尤其是黄土和古土壤的磁化率作为很好的气候代用指标已得到广泛应用。古土壤磁化率增强成因机制一直在争论中,其中,与气候变化关系密切的成壤作用对古土壤磁化率增强起主导作用的观点已被普遍接受,目前利用不同方法建立了磁化率气候转换函数,从而使重建古降水量和古温度成为可能。     

秦岭凤州黄土研究

凤州黄土剖面是秦岭具代表性的黄土剖面．磁性地层研究结果表明,秦岭黄土是在2．48Ma前开始堆积的。凤州黄土剖面的地层结构、物质成分及磁化率曲线反映出秦岭近2．5Ma来的古气候变化至少发生过33次冷干──湿热旋回,这种变化与深海氧同位素曲线完全可以对比．     

北京西山末次冰期旋回次生黄土初步研究

北京西山是中国末次冰期旋回风成黄土与古气候研究的经典地区。除风成黄土外 ,该区各种次生黄土也十分发育 ,由于后者的堆积速率较大 ,其环境变化的分辨率更高。次生黄土中S1古土壤由 3层古土壤夹两层黄土构成 ,L1中的古土壤由两层古土壤夹 1层黄土组成。经年代测定和古气候分析 ,S1中的 3层古土壤分别可与深海氧同位素 5阶段中的 3个暖期对比 ,S1中的两层黄土可与5阶段中的两个次阶段对比。     

北京西山末次冰期旋回次生黄土初步研究

北京西山是中国末次冰期旋回风成黄土与古气候研究的经典地区除风成黄土外,该区各种次生黄土也十分发育,由于后者的堆积速率较大,其环境变化的分辨率更高。次生黄土中Ｓ１古土壤由３层古土壤夹两层黄土构成,Ｌ１中的古土壤由两层古土壤夹１层黄土组成。经年代测定和古气候分析,Ｓ１中的３层古土壤分别可与深海氧同位素５阶段中的３个暖期对比,Ｓ１中的两层黄土可与５阶段中的两个次阶段对比。     

中国黄土磁性矿物特征及其古气候意义

最直观、最直接的古气候记录莫过于陆相黄土地层,它由许多黄土和古土壤层叠覆而成,详细地记录了第四纪以来的古气候变化。黄土高原中部黄土和古土壤的风化和发育程度可以用磁学参数,如磁化率等来描述。本文作者对甘肃西峰剖面约13万年以来的黄土地层做了详细采样,测量其磁滞回线各参数,频率磁化率、低场和高场磁化率、温度磁化率、磁组构等参数。研究表明,黄土与古土壤中的磁性矿物组分相似而且稳定。磁铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿(主要是磁铁矿)的含量及其颗粒大小决定了它们的磁学特征。黄土和古土壤的磁学性质差别主要受成土过程中形成细小磁铁矿的影响。     

黄土高原黄土-古土壤序列古气候代用指标综述

黄土高原黄土-古土壤序列是古气候演化在陆相地层中的反映,已经成为认识第四纪地球气候与环境变化的3个重要信息载体之一,可用来探讨东亚季风气候的形成演化和受控机制、气侯突变事件的记录乃至反演我国内陆干早化历史.稳定同位素、磁化率和孢粉等气候代用指标的地球化学、物理学以及生物学分析为提取黄土-古土壤序列中蕴藏的古气候环境信息...     

长江中下游地区下蜀黄土磁化率曲线与环境变迁

通过对镇江大港剖面地层结构和磁化率曲线特征的分析研究,以及与相邻地区风尘堆积研究成果的比较,认为长江中下游地区磁化率曲线的波动旋回很好的对应了黄土 -古土壤风尘堆积序列,记录着该区中更新世以来七次大的古气候冷暖旋回。古气候的旋回变化幅度较北方黄土区要小得多,冷期和暖期都存在着频繁的小尺度的气候冷暖波动,可与深海氧同位素曲线相比较 但各地下蜀黄土沉积速率和沉积环境有一定的差异。     

中国黄土和阿拉斯加黄土磁化率气候记录的两种模式探讨

在中国和中欧黄土-古土壤研究中发现的磁化率与成壤作用(或古气候温湿程度)的正相关性已被第四纪科学家广泛认识,并应用于古气候研究中.成壤过程形成的亚铁磁性矿物被认为是古土壤磁化率增加的主要原因;然而,这一模式并不一定适用于其他黄土沉积地区,如阿拉斯加和西伯利亚黄土沉积显示了一个完全相反的磁化率行为,即在黄土层获高磁化率值而在古土壤层获低磁化率.这种相反的关系过去被解释为磁化率反映的是与风动力吹来的亚铁磁性矿物的含量,即与风速或风力大小有关.本研究发现阿拉斯加黄土与古土壤的磁性矿物性质有明显差异,不仅仅是粒径的大小,还有磁性矿物的种类即矿物相的差别.这一证据很难单纯以风力强度的大小来解释,意味着阿拉斯加古土壤的低磁化率至少部分是在成壤过程中亚铁磁性矿物发生改变(如溶解)而造成,表明阿拉斯加黄土和中国黄土的磁化率与古气候记录可能存在两种模式,即氧化和还原条件下的成土模式.黄土磁化率在不同的气候(温度湿度)条件下有着不同的对应关系:在低降水量、高蒸发量的干旱氧化成壤条件下,利于亚铁磁性矿物的生成,其磁化率与古气候的关系呈正相关,如中国和中亚黄土;在高纬高湿的还原成壤条件下,亚铁磁性矿物会被破坏被分解,其磁化率与古气候呈负相关关系,如阿拉斯加黄土.如果成壤条件在氧化和还原之间来回变换,那么就很难找到两者之间的联系.因此,将磁化率应用于古气候的重建时要加倍的小心.     

李希霍芬与黄土的风成学说

第四纪古气候重建在最近半个世纪的时间里取得了前所未有的进展,这在很大程度上与对陆相黄土地层,特别是中国黄土-古土壤序列的研究,以及对深海沉积氧同位素的研究密不可分。现在我们已经可以在黄土-古土壤序列的基础上,建立起260万年来地球轨道尺度的古气候变化。一个不容否认的事实是,这些进展都是在黄土风成成因的基础上,结合土壤地层学、年代学、磁性地层学、古生物学等方面的进展逐渐发展起来的。只有解决了黄土的风成成因,才可能将堆积于各地的黄土,通过搬运粉尘的风力系统与区域、甚至全球的古气候变化联系起来。文章回忆了黄土的早期研究历史,回顾了黄土风成成因的奠基人李希霍芬教授在黄土成因方面的杰出贡献以及其后黄土成因的完善与发展。     

马兰黄土和离石黄土的磁学性质

中国黄土-古土壤系列的磁学性质,如磁化率等被广泛用于古气候和古环境研究,这必须建立在对黄土-古土壤的剩磁的性质和获得剩磁的机制以及古土壤磁性增强的原因有深入了解的基础之上。作者通过对洛川和吉县剖面马兰黄土和离石黄土的磁学性质的深入研究,对黄土与古土壤磁学性质差异的各种表现,对它们剩磁的性质,对古土壤磁性增强的原因以及磁性变化对古气候、古环境研究的意义进行了讨论,并对利用某些磁学性质建立的黄土-古土壤形成的时间模式提出了质疑。     

洛川黄土地层学

黄土和古土壤的磁化率与所含磁性矿物的浓度和颗粒大小密切相关。磁化率信号的主要载体是非常细的磁铁矿和(或者)磁赤铁矿。洛川黄土序列的磁化率曲线变化与成壤作用和粉尘堆积作用强弱有关,反映了气候的变化。磁化率值为识别黄土和古土壤层提供了一个工具。文中建议了黄土岩石地层单位命名的原则。洛川黄土-古土壤序列的磁化率曲线记录了最近2.5Ma气候变化的历史,与深海沉积的气候记录可以对比。     

最后4个冰期旋回中国黄土记录的东亚冬季风变化

开展高分辨率的黄土记录研究, 是揭示过去气候变迁和变率的主要途径.选择黄土高原中部的灵台和赵家川剖面, 对L5以上的黄土-古土壤序列进行了石英颗粒的提取和粒度分析.结果表明, 石英粗颗粒(> 43μm) 体积分数变化揭示了最后4个冰期旋回东亚冬季风存有的快速变化特征, 并同深海氧同位素记录具有良好的对应关系; 然而, 在每一个冰期时段, 石英粗颗粒体积分数的变化幅度和频率存有较大差异, 可能意味着对应的冰期下垫面状况和气候系统内部的非线性响应机制并不相同.值得注意的是由石英粗颗粒体积分数反映的东亚冬季风变化, 在某些时段不仅同磁化率记录的夏季风变化不协调, 而且同深海氧同位素记录存有明显差异.深入研究这种由不同代用指标反映的古气候变化间的差异, 对理解黄土记录的全球性意义显得尤为重要.      

Rb and Sr Geochemical Characterization of the Chinese Loess Stratigraphy and Its Implications for Palaeomonsoon Climate

Concentrations and distributions of Rb and Sr in loess and palaeosol samples from the Luochuan profile have been studied, in grain-size fractions and chemical forms. Results show that Rb is quite rich in the fraction of less than 2μm, and exits only in the residual phase, while Sr is distributed in sand and silt fractions, occurring in the residual and carbonate phases. Therefore, variations of the concentrations of Rb and Sr in loess and palaeosols are closely related not only to dustfall compositions depending on winter monsoon wind strength but also to summer monsoon-induced pedogenic intensity. This indicates that variations of Rb/Sr ratio in Chinese loess sequences represent cyclic alternations of East Asian summer and winter monsoon climates on the orbital time-scale. Variations in Sr concentrations along the sequence bear a high similarity to the oxygen isotope record of the deep sea sediments over the past 2.5 Ma, whereas variations in Rb concentrations are in good agreement with the record of     

末次盛冰期北美风成环境变化及其在全球气候突变事件中的意义

本文用末次冰期北美大冰盖南缘的风尘堆积记录来重建末次盛冰期的亚极地环境变化.磁化率、有机碳含量和潜育化程度的资料表明,末次盛冰期的前期(约21000～15000aB P.)植被覆盖较差,而后期(15000～10000aB.P.)植被覆盖较好,15 000aB.P.环境发生了急剧的变化,磁化率曲线显示了大约1000a的氧化-还原周期.这种大约1000a的环境变化周期很可能由低纬地区的海洋和大气的扰动所驱动,这种扰动的能量通过北美大冰盖及时地传递到北大西洋.     

Variation of summer precipitation δ18O on the Chinese Loess Plateau since the last interglacial

Orbital-scale East Asian Summer Monsoon (EASM) variations inferred from loess deposits in northern China and speleothems from southern China display different dominant periods, complicating our understanding of monsoon response to insolation and ice-volume forcings. Here we integrate a new microcodium δ¹⁸O record from a high-resolution last interglacial loess profile with previously published data and provide a composite microcodium δ¹⁸O record on the Chinese Loess Plateau (CLP) since the last interglacial. The composite microcodium δ¹⁸O record displays distinct precessional cycles, consistent with speleothem δ¹⁸O records, but with different amplitude contrast (particularly during the peak interglacials). We propose that both loess and speleothem δ¹⁸O records exhibit covariations at precessional timescale oscillations. The discrepancy between loess and speleothem from southern China can be attributed to the influences of other processes besides summer precipitation on the proxies. A slight difference in amplitude between microcodium and speleothem δ¹⁸O records implies that the EASM is also influenced by inland surface boundary conditions, which has important impacts on the occurrence of EASM precipitation. Therefore, microcodium δ¹⁸O from the Chinese loess–paleosol sequences can be regarded as a representative proxy of EASM precipitation in northern China and then a reliable proxy reflecting the variation of EASM intensity.     

中更新世以来不同时间尺度亚洲中纬度气候演化的区域差异

亚洲中纬度气候主要受两大环流控制,继而划分出受亚洲季风控制季风区和受西风环流控制的西风区。已有研究发现在年代际至千年尺度上,两气候区的湿度演化存在错相位、甚至反相位的现象。文章综述了中更新世以来,多千年至轨道尺度上,两气候区的湿度演化模态的异同,以此深入了解亚洲气候演化的系统性。结果表明:二者的间冰期气候演化的整体趋势存在明显差别,尤其MIS 13以来,二者的演化趋势基本相反。在间冰期的多千年至万年尺度上,二者的气候演化模态呈现非同相位:高精度的释光测年结果显示天山地区的湿度变化滞后于黄土高原地区大概3~5 ka,且该现象在更早的间冰期可重复。在冰期的千年尺度上,两地的湿度演化基本一致,但西风区湿度的波动幅度更大。     

Loess stratigraphy in central China

The loess deposits in central China record world-wide climate changes of the last 2.5 Ma. Numerous climatic oscillations are marked by alternating loess and soil units with continuous coverage of the Matuyama and Brunhes Epochs. Magnetic susceptibility of the deposits correlates closely with the oxygen isotope record of the deep-sea sediments and provides an independent measure of climate and time.The key marker bed of the chinese loess sequence is the paleosol S5, the time equivalent of the mid-Brunhes oxygen isotope stages 13, 14 and 15. It marks a prolonged interval of warm humid climate lasting from approximately 615 to 470 thousand years ago. Several episodes of river downcutting coincide with deposition of the exceptionally thick loess units L1 (oceanic oxygen isotope stages 2 to 4) L2 (stage 6), L5 (stage 12) L6, (stage 16) L9 (stage 22) L15 (stage 38 about 1.15 Ma) and WS4 (about 2.3 Ma). These erosional events are interpreted as a result of episodic uplift of the Loess Plateau.The deposition of the earliest loess layers between 2.5 and 2.3 Ma ago marks a first order shift from warm and humid environments toward harsh continental steppes comparable to those of the Middle and Late Pleistocene. Little, if any lithologic or paleontologic changes were noted within or above the Olduvai magnetozone, so that the proposed Plio/Pleistocene boundary at approximately 1.65 Ma has no lithostratigraphic and biostratigraphic representation in the chinese loess series.Comparison with the Deep Sea Drilling Program core 552A in the North Atlantic and with the Santerno River section near Bologna shows that the occurrence of the earliest loess in China coincides with the timing of the first significant ice rafting in the North Atlantic and with the appearance of cold water foraminifers in the marine deposits of northern Italy. An extension of the stage system of the oxygen isotope signal extended back to the Gauss-Matuyama boundary is proposed.     

郑州邙山桃花峪高分辨率晚更新世黄土地层

风成邙山黄土分布于河南郑州西北黄河南岸。黄土序列较完整,初步研究了桃花峪剖面S₂以上黄土地层,S₀、L₁、S₁、L₂和S₂分别厚0.6m、70.8m、9.9m、12.4m和1.0m。特别有意义的是晚更新世马兰黄土厚度巨大,分辨率高。以10cm间距对邙山桃花峪剖面进行了磁化率测量,并与海洋氧同位素时间序列进行对比,按Kukla等的磁化率年龄模式,获得相应的年代时间标尺。对末次冰期黄土以40cm间距进行了粒度分析,不同冰期或冰阶的平均沉积速率和分辨率有很大的差异。特别是末次冰期晚冰阶黄土粒度所反映的冬季风振荡的频率和幅度都超过了格陵兰冰芯记录。邙山晚更新世黄土地层是进行高分辨率黄土地层与短时间尺度过去全球变化研究的极好对象.      

洛川黄土序列时间标尺的初步建立

对厚１４０ｍ的洛川坡头黄土剖面黄土层以５ｃｍ，古土壤层以３ｃｍ系统采样，全部样品进行了室内磁化率测量。以黄土序列磁化率变化作为古季风气候变化的代用指标，根据第四纪冰期的Ｍｉｌａｎｋｏｖｉｔｃｈ理论，利用轨道调缠绵的方法初步建立了洛川黄支的时间标尺。通过古地磁场倒转时间的检验以及与宝鸡黄土序列时间标尺对比，表明本文所论述的时间标尺适用于该地区古环境演化的研究。