中国黄土磁学与古气候(英文)

近二十年来中国黄土环境磁学的研究基本上是沿着两条主线进行的 ,即磁性地层学和古气候研究两个方面。对早先确定的典型黄土剖面的磁性地层研究表明风成黄土的堆积开始于Matuyama的下界 ,约 2 .6Ma。而近年来对黄土古土壤序列之下的红粘土的进一步研究显示风成堆积的开始比原先认为的要早的多 ,至少可追溯到约 7Ma。尽管目前在古土壤磁化率的增强机制和磁化率如何记录古气候变化等问题上还没有达成广泛的一致 ,而黄土古土壤系列磁化率与深海氧同位素的良好对比可证实中国黄土确是记录全球气候变化非常理想的信息载体。近年来许多学者尝试性提出的其它古气候替代性指标 ,如全岩粒度、稳定同位素组成、FeD/FeT指标、Rb/Sr比值和CaCO3 含量等必将为重建古季风变化和古气候提供重要信息。     

安徽宣城第四纪红土剖面的全氧化铁含量及其古环境意义

对宣城第四纪红土剖面的研究表明,全氧化铁含量能够较好地指示中国南方第四纪气候的波动。与北方黄土古土壤序列相比,宣城剖面的全氧化铁明显较高,指示了南方地区更强的风化成壤作用。     

浑善达克沙地南缘晚更新世黄土-古土壤序列的高分辨率磁性气候记录

浑善达克沙地处于季风边缘区,目前对该区域末次间冰期以来的古气候演化历史及其动力学机制尚不清楚。文章以浑善达克沙地南缘山间低洼地带北沟剖面总厚度4.72 m(未见底)的黄土-古土壤序列为研究对象,开展了光释光测年和精细的岩石磁学、环境磁学、地球化学和漫反射光谱分析。结果表明:1)该剖面记录了末次间冰期以来完整的风成堆积历史,并通过东亚夏季风指标(Rb/Sr及χARM/χ)与深海氧同位素曲线的对比建立了13万年来该黄土-古土壤序列精细的年龄模式;2)在黄土高原上常规的用来指示成壤强度和夏季风强度的磁参数并不完全适用于干旱-半干旱地区(400 mm等降水线附近)的风成黄土,而地球化学指标在指示季风边缘区的地球化学风化过程上表现出一定的合理性,北沟剖面复杂的磁信号可能是对末次冰期季风边缘区显著减弱的夏季风的阈值响应;3)在末次间冰期东亚夏季风可以延伸到内蒙古中东部,北沟剖面记录了浑善达克沙地南缘末次间冰期以来区域古季风的演化历史。     

中更新世以来哈尔滨黄土有机碳同位素组成及其古气候意义

研究黄土-古土壤序列有机碳同位素组成与古植被和古气候的关系,对于重建第四纪环境变化过程有重要意义。然而,东北地区黄土有机碳同位素组成的研究尚未展开。本文对哈尔滨荒山岩芯开展了黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成和磁化率分析。结果表明,中更新世以来有机碳同位素组成在古土壤层和黄土层的均值分别为–24.8‰和–25.1‰,整体上古土壤层有机碳同位素组成较黄土层偏正,而S0和S2古土壤层相对偏负。利用端元法恢复过去C_3/C_4植物的相对丰度,揭示出中更新世以来研究区C_3植物占绝对优势地位。通过与海面温度和深海氧同位素以及东北地区赤峰黄土的有机碳同位素进行耦合对比,发现荒山岩芯的有机碳同位素组成变化与温度呈正相关,表明温度是植物碳同位素组成变化的主控因素。然而在某些间冰期时期,比如S0、S2层以及S3古土壤层中部,降水可能成为主要因素。上述研究表明东北地区植物生长对气候响应具有复杂性。这些认识对于理解哈尔滨地区C_3植物的生长因子具有重要的借鉴意义。     

甘肃龙担早第四纪黄土堆积古地磁年代研究

临夏盆地位于青藏高原东北边缘,是青藏高原与黄土高原衔接带上的一个晚新生代断陷盆地。龙担剖面地处临夏盆地的中央部分,产有大量哺乳动物化石,从化石证据中得出与早更新世午城黄土同时期的黄土沉积,但是岩性看起来又与中国东部黄土高原上典型的午城黄土有差别。本文基于龙担剖面中黄土-古土壤序列的古地磁研究、粒度以及磁化率分析,主要对正极性N3的极性归属问题进行阐述,N3对应于Matuyama极性时中下部的Olduvai极性亚时期,建立了该剖面的年代地层序列。龙担动物群的上化石层位于Olduvai极性亚时内部,时代为1.77～1.95Ma,从而得出龙担动物群的上化石层年龄为1.9Ma,下化石层位于Reunion极性亚时之下,时代为2.25Ma。     

风尘堆积全岩和石英粒度变化对风化成壤强度的指示

已有研究表明,黄土中的石英组分在黄土区的气候条件下基本不受风化作用的影响.文章对西峰剖面新近纪风成三趾马红土和第四纪黄土-古土壤序列样品进行全岩和石英粒度测试,并计算了不同风化成壤强度样品的全岩-石英粒度中值粒径差值.结果显示,与石英粒度相比,全岩样品含有更多的细粒组分,表明全岩粒度是风尘原始粒度与后期风化成壤作用共同的产物.根据此原理,用二者中值粒径差值定义一个风化指数(Gw),风化强度愈强,Gw愈大,可作为反映风化成壤强度的有效指标.该指标在西峰剖面6.2Ma以来风成堆积序列的应用显示,晚中新世-上新世期间风化强度较强,第四纪以来风化强度呈总体减弱趋势,其趋势与不断增大的全球冰量和粉尘沉积速率相吻合.我们认为,全球变冷和亚洲内陆干旱化程度的加剧是导致风化成壤强度降低的主要原因.     

中国黄土研究新进展(一)黄土地层

本文扼要介绍最近几年中国黄土研究中的土壤地层学、磁性地层学、气候地层学、第四纪下界及海陆古气候对比等方面的新进展。根据新发现的黄土剖面,中国黄土中共可区分出37个土壤地层单位。中国黄土底界的古地磁年龄为2.5MaB.P.。2.5Ma以来,中国北方共经历了37次大的冷暖交替。2.5MaB.P.前后,全球气候出现了一次大的转型事件,它可作为第四纪的开始。中国黄土-古土壤系列同深海氧同位素记录在1.7Ma至今的时段上可以很好的对比;2.5Ma至1.7MaB.P.的气候变化,以黄土记录较为明确。     

陕西洛川黄土剖面的白度参数及其古气候意义

对陕西洛川黄土剖面的白度研究表明，黄土和古土壤存在明显的白度差别，表现为黄土的白度值较高，而古土壤的白度值较低，依据白度值可以清晰地区另出剖面中的黄土层和古土壤层。化学处理以及分粒级实验结果表明风化成壤作用造成细粒级铁氧化物的含量增高是古土壤中白度值降低的主要因素。洛川剖面白度值的变化与第四纪冰期－间冰期旋回的波动特征相一致，其逐渐增高的趋势与全球气候变冷总体趋势相吻合，表明白度在反映夏季风环流强度变化，以及对全球气候变化的响应问题上具有广泛的应用前景。     

黄土高原西部秦安新近纪风尘堆积的蜗牛化石证据

对黄土高原西部秦安地区晚新近纪甘肃群中的一套黄土-古土壤序列以20cm间距采集的310个蜗牛化石样品进行了系统的研究。结果表明,黄土层与古土壤层中的蜗牛化石全部为陆生种类,以Gastrocopta,Pupilla,Vallonia,Metodontia,Cathaica和Punctum等占优势,与黄土高原第四纪黄土-古土壤序列中蜗牛化石的种属组成基本一致,这表明研究剖面是一套陆生成因的地层,与黄土高原第四纪黄土-古土壤序列有着相似的沉积环境。上述结果为提取古环境信息从生物学角度提供了证据。     

黄土高原东南部黄土记录的全新世东亚季风变化

在全球变暖背景下,未来东亚季风的变化一直备受关注,而东亚季风演化规律的研究能够为未来的预测提供重要基础。黄土-古土壤序列几乎连续地记录了古东亚季风变化的信息,本文选取黄土高原东南部的荥阳、偃师、灵宝、吉县、丁村五个剖面进行磁化率和古风化强度分析,重建了黄土高原东南部两万年以来的东亚夏季风演化历史: 18～12 ka B. P.,季风强度较弱; 12～10 ka B. P.,季风强度显著增强; 10～6 ka B. P.,季风强度最强; 6 ka B. P.以后季风强度逐渐减弱。对比发现黄土高原东南缘全新世东亚夏季风的演化与东亚季风区不同纬度代表性记录基本同步,没有显著的区域性差别; 东亚夏季风变化主要受控于北半球低纬太阳辐射,但存在明显滞后。同时发现全新世古土壤磁化率与古风化强度峰值在地层中的位置往往不一致,在风化较强的地区,古风化强度最大值位置偏下,两个指标相比,古风化强度能够更客观地反映东亚夏季风强度。      

特征时期黄土高原风化成壤强度的 空间特征与气候梯度*

文章基于15个剖面,采用土壤学使用的风化成壤强度指数(游离铁FeD/全铁FeT),对黄土高原S₀,L₁,S₁,S₄,S_5-1层位的风化成壤强度的空间变化进行研究,并与磁化率反映的特征进行对比。结果表明,冰期(黄土层)和间冰期(古土壤层)的风化成壤强度均呈现由东南向西北减弱的特征,与现代季风气候的基本格局一致。然而,冰期时(以L₁为代表)整个黄土高原南北气候梯度很弱,间冰期南北气候梯度远大于冰期,反映了冰期时夏季风环流对黄土高原影响很小,南北气候梯度更多体现了气候带的纬度效应。结果同时表明,间冰期时黄土高原地区风化成壤强度和南北气候梯度不具严格的对应关系。S₁和S_5-1指示了当时较强的夏季风环流,冬季风的影响相对亦较强,而S₀和S₄发育时期高原南北风化成壤强度的梯度明显减小,反映了当时黄土高原在夏季风影响的背景下,冬季风的影响亦减弱,导致南北梯度的减小。因此,黄土高原风化成壤强度的空间变化指示了冬、夏季风环流不同的消长关系,对研究高低纬度气候驱动力的相互作用具有重要意义。     

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.     

陕西洛川黄土剖面的Rb/Sr值及其气候地层学意义

本文系统地测试了陕西洛川黄土-古土壤剖面中的Rb,Sr含量和磁化率。通过对比该剖面2．50MaB．P．以来Rb／Sr曲线和磁化率曲线,发现两者的形状和变化的相位十分相似,然而两者的相对振幅却有明显的差别。Rb／Sr曲线记录了0．80MaB．P．左右一次重要的气候转型界面,揭示了黄士和古土壤内部次一级的气候波动旋回,反映了早更新世黄土高原较温暖潮湿的特点以及更新世以来气候由湿向干的变化趋势。研究表明,Rb／Sr值可以作为衡量东亚夏季风环流强度变化的较为敏感的替代性指标。     

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。     

内蒙古赤峰东村更新世早期哺乳动物群

内蒙古赤峰西北地区的东村、东梁一带更新世早期河-湖相沉积物相当发育,为一套白色砂与棕红色亚粘土互层,其中含有丰富的哺乳动物化石,计11科18属21种。动物群性质与泥河湾(狭义)的相当。这是我国最东和最北的一个三趾马与真马共生的化石地点。     

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。     

第四纪时期东亚季风变化的动力机制

本文作者主张：古气候演化的动力机制研究应从动力因子和动力过程两个方面人手。通过对比东亚冬季风、夏季风、印度季风及全球冰量变化的时间特征和频率特征，我们得到以下认识：１)大致在过去０．８Ｍａ这个时段，东亚冬、夏季风基本上具同相位、同周期的互为消长演化特征；２)东南季风演化具０．１Ｍａ的主导周期，而印度季风变化则以较短周期为主；３)东亚冬、夏季风与全球冰量变化在时间范畴上可作很好的对比，尤其是这三者均含有主导性的０．１Ｍａ周期。在此基础上，本文提出东亚季风演化的“全球冰量驱动模式”，并初步讨论了东亚季风变化对全球冰量变化响应的动力过程。     

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。     

晚第四纪风尘物质成分的变化及其环境意义

对长武和宜川晚第四纪黄土-古土壤序列的高分辨率铁含量分析表明,不同时期的风尘在化学成分上具有较明显的区别。在排除成壤过程中CaCO₃淋溶和淀积的相对影响后,研究剖面的铁含量基本反映了原始风尘的铁含量。已有研究表明,西部源区的气溶胶和现代地表流沙中铁的相对含量显著高于东部源区。本文认为,风尘铁含量的变化反映了西部沙漠风尘对黄土堆积的相对贡献。由于西风带北支是西部源区风尘的主要搬运者,风尘中全铁含量可能反映了西风带北支气流的强度,并明显存在着千年尺度的变化。