基于孢粉的古气候参数定量重建:一种新思路及其在中国的应用实例

传统的孢粉-古气候定量重建评估主要衡量校准集对现代气候状况的模拟结果或化石样品与校准集样品的可比程度,客观上导致特定地点重建气候参数的取舍缺少明确标准.基于国际上通过随机数据开展定量重建显著性检验的新方法,充分利用中国环境梯度大、植被类型丰富、现代表土孢粉数据完善等优势,提出一种孢粉-古气候参数定量重建的新思路:首先确定控制化石孢粉组成变化最主要环境因子,随后通过限制其他环境因子来构造校准集以开展该因子的定量重建,最后完成重建结果显著性评估.将该思路应用于分别位于黄土高原东、西两侧的吕梁山公海和六盘山天池化石孢粉序列,所获得的年降水量P_(ann)定量重建不仅具有统计上的显著性(p0.001),且相互间在共同时段表现出良好、稳定的相关关系,均指示了约3300cal a BP以来的东亚夏季风降水快速下降,显示其具备降低基于孢粉的古气候参数定量重建不确定性的较大潜力.     

乌伦古湖全新世气候变化的环境磁学记录

对位于新疆北部阿勒泰地区福海县的乌伦古湖WLG10C孔岩芯进行了环境磁学分析,以平行孔(WLG10B) AMS14C测年为年代框架,重建了该地区全新世以来气候环境变化.结果显示:1)乌伦古湖磁性矿物以细颗粒亚铁磁性矿物为主,并含有少量不完整反铁磁性矿物和富铁绿泥石类粘土顺磁性矿物,磁学参数xARM和xARM/x可用作气候变化代用指标,记录了研究区气候环境变化;2)研究区在全新世早期(7300cal.aB.P.以前)为冷干气候,中、晚全新世(7300cal.aB.P.以来)为暖湿气候.在4600cal.aB.P.左右为该湖高湖面时期,在3500 ～2500cal.aB.P.之间存在与全球范围一致的突发冷事件.乌伦古湖全新世气候变化与周边环境记录较一致,气候变化模式符合中亚干旱区全新世气候变化西风模式.     

腾格里沙漠昂格尔图湖记录的988 AD以来的古气候变化

通过对腾格里沙漠东南部昂格尔图湖岩芯AGE15A的粒度、碳酸盐的百分含量和主要化学元素等多项沉积学气候代用指标及精确定年的综合分析,重建了该区域988 AD以来的古气候变化序列。结果表明：988 AD以来的研究区的气候环境的演化过程与我国西北西风区古气候变化基本一致,呈现"冷湿-暖干"交替变化的特征,但在时间上存在一定的延迟。具体表现为：988~1383 AD,昂格尔图湖由洼地发育成小型湖泊,化学风化作用弱,湖区气候环境整体偏冷湿,期间出现几次暖波动;1383~1560 AD,研究区处在中世纪暖期,为温暖、干旱的气候特征,此时湖泊扩张,湖中水生植物生长茂盛,呼吸作用增强,造成大量的碳酸盐沉淀,最高值达到8.16%;1560~1700 AD,致使气候在昂格尔图湖形成之后出现最寒冷的时期,降水增加,气候湿冷,此时段与小冰期最盛期相对应;1700 AD之后,温度开始上升,气候回暖,在1900 AD左右达到最甚,此时沉积物中碳酸盐的百分含量也达到最大值,为10.15%,此期间湖泊继续扩张,出现几次气候冷波动。基于我国古代文献重建的历史时期气候变化基本不包括沙漠地区,所以本文利用湖相沉积记录来反演腾格里沙漠昂格尔图湖历史时期的气候环境演变,对中国沙漠研究有着重要参考价值,同时也为中国西北历史时期的气候重建提供科学依据。     

内陆干旱区柴达木盆地苏干湖年纹层的发现及其意义

柴达木盆地北缘苏干湖若干钻孔岩芯发现, 水深大于3.0 m的沉积物均具有裸眼可分辩的由深色层和浅色层组成的纹层层理. 以湖泊中心SG03I孔上部5.5 m具有纹层结构的沉积岩芯为研究对象. 基于沉积物收集装置的现代过程研究发现, 苏干湖夏秋季以浅色的单水方解石为主, 冬半年以深色有机质为主, 现代湖泊能够形成冬半年深色层和夏半年浅色层的纹层沉积. 岩芯中有四种类型的纹层沉积: 单水方解石-有机质纹层、白云石-有机质纹层、碎屑-硅藻(碎屑)纹层与文石-有机质纹层, 均具有季节特征, 属可靠的年纹层, 且顶部纹层计年与210Pb测年结果一致. 根据纹层计年, 年纹层沉积形成于距今2670 a以来. 苏干湖纹层沉积是中国西部干旱区发现的第一个能够确认为是年纹层的湖泊沉积, 4种不同类型的年纹层指示了不同气候类型及其季节差异, 具有重建高分辨率气候变化的重要意义.     

新疆博斯腾湖沉积物粒度的古环境意义初探

湖泊沉积物的粒度分析是一种研究古环境变化常用的手段,但是其环境意义具有多解性,尤其是沙（荒）漠干旱区的湖泊沉积物粒度变化,代表的是沙尘天气的多寡强弱还是其它环境因素的变化值得细致研究。在对我国最大的内陆淡水湖—新疆博斯腾湖的沉积物短岩芯进行了^210Pbex,^137Cs定年的基础上,对近50多年沉积物的粒度进行分析,结果表明平均粒径与粗颗粒含量与区域最大河流—开都河大山口站的最大一天洪量、洪峰流量、天山巴音布鲁克站年降水量、湖泊水位变化以及湖泊附近焉耆站3-6月风力强度变化记录等环境因素对比发现,湖泊中部沉积物中粗颗粒含量变化主要反映的是入湖河流径流量、区域洪水强度及频率、山地降水,而并不反映大风天气或者湖泊水位的变化。对其近千年沉积岩芯的多指标分析结果表明,即使在数百年时间尺度上,博斯腾湖沉积物粒度的环境意义依然与十年时间尺度上一致。     

喇家遗址史前灾害与黄河大洪水无关

在世界不同地区的古史传说中普遍有关于史前大洪水的记载,其对古代人类社会演化的影响是广受关注的热点问题.中国史前大洪水和大禹治水的传说由来已久,被认为与夏朝的建立有紧密关联,但缺乏确凿的科学依据支持.针对此问题,有学者提出公元前1 9 2 0年左右黄河上游官亭盆地的大地震导致其上游积石峡形成堰塞湖,其溃决导致黄河流域出现特大洪水,为中国古史传说提供了科学依据的新颖观点.本文通过对喇家遗址地震喷砂裹挟的骨骼测年,对地震、洪水等地质灾害遗迹和考古遗存的综合分析,以及对积石峡堰塞湖沉积测年工作的对比,认为多学科的证据并不支持上述观点,喇家遗址地震发生的时间不早于公元前1 8 0 0年,而积石峡堰塞湖在公元前3 6 0 0年已经消亡.积石峡堰塞湖的形成与溃决、喇家遗址古人类的突然死亡和古地震是不同时间独立发生的事件,不存在公元前1 9 2 0年左右黄河上游的特大洪水,将其与大禹治水和夏朝建立进行联系的基础是不成立的.     

摇蚊亚化石记录的苏干湖近千年来盐度变化研究

利用摇蚊亚化石重建湖泊古盐度进而分析区域干湿变化已成为国际上古气候重建研究的热点之一。本文利用苏干湖SG03I孔的摇蚊亚化石组合变化分析了湖泊水体近千年来的盐度波动过程,沉积序列可划分为3个摇蚊组合带,通过高咸水属种Orthocladius/Cricotopus和Psectrocladius barbimanus,以及低咸水属种Psectrocladius sordidellus和Procladius的相对丰度变化实现盐度重建。结果表明,990～1450A.D.期间高咸水种处于绝对优势,湖泊盐度较高;1450～1850A.D.期间低咸水种显著增加,指示了小冰期期间较高的入湖水量与蒸发量之比;1850～2002A.D.期间低咸水种丰度回落,湖泊水体盐度逐渐增加至现代水平。SG03I孔岩芯摇蚊指标与其他代用指标的结果有很好的对应关系,摇蚊亚化石组合变化揭示的苏干湖区小冰期相对湿润的气候状况在干旱区其他记录中也有反映,证实了摇蚊亚化石分析在西北干旱区古环境研究中的有效性。     

湖泊沉积记录的古洪水事件识别及与气候关系

作为洪水灾害研究的延伸学科——古洪水研究,其所取得的大量研究成果基本都是基于河流古洪水水文学的研究。然而随着河流古洪水水文学科的发展,研究材料和方法的缺陷越来越凸显,而作为气候与环境变化信息重要收集器的湖泊沉积物在古洪水水文学上的研究可以弥补上述不足。本文重点综述了湖泊沉积物识别古洪水的方法以及古洪水与环境的耦合机制。主要分为两部分：其一,总结了湖泊洪水识别的4种方法,即湖泊沉积物岩性和粒径、地球化学指标、数学统计分析方法以及洪水与块体运动的甄别;其二,从成因上探讨了古洪水与大陆尺度大气环流变化、区域气候波动的遥相关性。最后,探讨了洪水事件和气候变化的具体物理机制,并对湖泊洪水与同区域河流洪水进行对比研究以及国内湖泊尤其高山地区湖泊洪水领域的研究等方面进行了展望。     

青海苏干湖表层沉积物粒度分布模式 与大气粉尘记录

位于干旱区柴达木盆地具有年纹层的苏干湖是以地下水补给为主的内陆封闭湖泊, 其表层沉积物粒度具有多组分峰态分布特征, Weibull 函数的拟合结果发现, 其粒度分布全部具 有4 个基本组分: 超细粒组分, 众数粒径在1 μm 上下; 细粒组分, 众数粒径在5~10 μm; 粗粒组分, 众数粒径在50~100 μm; 砂组分, 众数粒径在500 $m 左右。粒度主峰出现在细 粒组分或者粗粒组分。直接来自大气粉尘的冬季湖泊冰面样品及当地尘暴样品的Weibull 函数粒度拟合也显现出了相似的分布模式, 冰面样品的粒度主峰位于众数粒径在15~20 μmm 的 细粒组分, 砂组分(众数粒径452.9μm) 的出现指示出砂粒在冬半年沿冰面而进入湖泊中心。 尘暴降尘样品在尘暴季节(5 月份) 和非尘暴季节(11 月份) 的粒度分布普遍具有3 个组分, 缺少砂组分, 强沙尘暴事件样品则由4 个组分组成, 粒度主峰均位于众数粒径在100~200 μm 的粗粒组分。结果显示, 苏干湖湖泊沉积能够较好记录当地大气粉尘, 砂组分与湖泊周边干旱地表经历的近地面强沙尘活动有关, 粗粒组分记录了区域性的尘暴事件, 细粒组分主要反映 流域径流状况, 超细粒组分代表干旱区的大气背景粉尘和气溶胶。研究表明, 苏干湖内陆湖 泊沉积客观记录了区域大气粉尘和尘暴事件, 具有重建干旱区大气粉尘变化历史的潜在优势。     

6200年来六盘山天池磁学特征及环境重建

本文对六盘山天池长11 m的GSA孔湖泊沉积岩芯样品进行了磁化率、非磁滞剩磁、等温剩磁测试.结果表明GSA孔岩芯磁性矿物主要是亚铁磁性及反铁磁性矿物.六盘山天池湖泊沉积物的磁性参数变化主要受控于两种模式:整体而言,高(低)粉尘输入指示了夏季风弱(强),成壤作用强(弱)指示夏季风强(弱).质量磁化率χ等参数清晰地记录了6200年来六盘山天池地区的气候变化历史,可分为6200 1300 cal a B.P.及1300 cal a B.P.至今两个阶段.6200年来的六盘山天池湖泊沉积物磁学数据在千年时间尺度上基本与东部季风区变化趋势相似.但是在百年时间尺度上有着较大的差异,这是由于六盘山天池地区的气候变化不仅仅受控于夏季风,同时还受到人类活动导致的黄土高原植被覆盖变化、冬季风变化等因素的影响.