化学蚀变指数指示古气候变化的适用性探讨

腾格里沙漠南缘土门剖面末次冰消期层段由3层沙丘砂、2层湖相沉积、2层古土壤和5层黄土构成,对各沉积相进行了年代学研究与主量元素含量测试,确定该层段为末次冰消期,计算了各沉积相CIA指数,结果显示CIA指数由大到小依次为沙丘砂 > 黄土 > 古土壤 > 湖相沉积。通过对比,发现CIA指示的各沉积相化学风化作用强度（气候环境）与已有粒度成分指示的该时期气候变化研究结论相矛盾,通过对该矛盾现象的深入研究和探讨,得到以下认识:1）研究层段的古土壤、湖相沉积、黄土的沉积物质可能来源于土门剖面东南一侧的黄土高原,沙丘砂沉积物质受北侧的腾格里沙漠沙丘砂强烈影响,各沉积相的物源化学元素存在差别使得不同沉积相CIA指数的对比存在先天性不足;2）土门剖面所处的低洼地形会产生汇水作用,使易迁移的钙、钠、钾等元素随降水迁移而汇聚于此,对不同沉积相的CIA值产生干扰,导致CIA指数偏小,其不能反映真实化学风化作用强度;3）应用CIA指数作为古气候变化的替代指标需综合考虑沉积相物源差异及沉积环境的影响,CIA指数用于指示古气候变化存在一定的适用性问题。     

腾格里沙漠西南缘土门剖面微量元素记录的MIS3高分辨率季风环境变化

对位于腾格里沙漠西南边缘的土门剖面中时代为MIS3的TMS3层段进行序列分析与¹⁴C和释光测年,并在此基础上对沉积层进行系统的微量元素地球化学分析。结果表明：TMS3是由沙丘砂与其他5类沉积相（黄土状亚砂土、砂黄土、湖沼相、水成黄土和古土壤）构成的相互叠覆的沉积,形成14.5个“沉积旋回”。TMS3微量元素Mn、P、Sr、Rb、V、Zn、Cr、Ni、Cu和Nb在沙丘砂中含量低,在其他5类沉积相中含量高;Rb/Sr比值则呈现相反的变化趋势。在剖面上,随着沙丘砂与这5类沉积相的交替,元素含量、Rb/Sr比值表现出明显的峰（高值）谷（低值）波动,并形成基本上与沉积旋回数量一致的“元素旋回”——ECY1—ECY14.5。该层段14.5个元素旋回揭示了相同数量的腾格里沙漠东亚冬夏季风演变的“旋回”——MCY1—14.5,包括14次冬季风事件和15次夏季风事件,每个季风旋回的持续时间平均约2.48 ka;TMS3元素记录的15次夏季风事件与GRIP冰芯和葫芦洞石笋MIS3-δ¹⁸O曲线的间冰阶具有相同的发生次数,也与邻近的古浪黄土MIS3中的间冰阶可以进行很好的对比。土门剖面TMS3的地球化学迁聚行为和沉积相,在一定意义上诠释了MIS3北半球冷暖波动——腾格里沙漠东亚冬夏季风环境变化的响应过程。     

腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰阶层段的粒度特征及其反映的气候-沉积环境

腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰阶层段（TMS 3）由风成砂、黄土状亚砂土、砂黄土、古土壤、湖相沉积物和冲积黄土等6种沉积相相互叠覆构成。粒度分析结果显示,该层段以砂质沉积物为主,粉砂次之,黏土最少,平均值分别为65.45%、26.72%和8.83%;在砂粒级中,以细砂含量最高,其次为极细砂,其余为中砂-粗砂颗粒。粉砂含量、黏土含量、M_z和σ在风成砂中呈现谷值,在其他沉积相为峰值,中砂-粗砂和细砂则相反。粒度指标指示腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰阶至少经历了13次暖湿和12次冷干的气候波动,且可划分为TMS 3e（54 200~59 750 a BP）、TMS 3d （54 200~40 800 a BP）、TMS 3c （40 800~32 800 a BP）、TMS 3b （32 800~25 400 a BP）和TMS 3a （25 400~22 940 a BP）等5个亚段, 25次冷暖波动与格陵兰冰芯和中国南方石笋记录的D/O事件以及北大西洋深海沉积物记录的H事件具有很高的同步性。     

末次冰消期内蒙古东部气候不稳定性:布日敦湖花粉记录

内蒙古东部植被是我国北方重要的生态系统屏障,东亚夏季风降水变化是影响当地水资源分布、植被演替、农牧业经济发展的重要因素.为了更好预测未来季风边缘带植被景观、降水变化趋势和评估干旱事件可能产生的影响,需要在该区域开展更多地质增温期历史相似型研究.本文选择生态系统脆弱、对夏季风变化响应敏感的内蒙古东部布日敦湖作为研究点,通过钻取长386 cm的湖泊沉积物并选取底部厚度176 cm(386~210 cm),分析其中的花粉指标,结合高精度AMS 14C测年,来重建该地区末次冰消期高分辨率植被演替过程和降水不稳定性特征.结果表明,布日敦湖岩芯386~210 cm沉积物年代跨度为14918~10693 a B. P..湖泊周围植被在14918~14167 a B. P.为以蒿属、禾本科等草本植物为主的草原景观;而在14167~12695 a B. P.,以桦属为代表的先锋树种出现在湖泊西部山地丘陵区,并逐渐发展成为以桦属为建群种的温带落叶阔叶林;12695~11505 a B. P.,桦属和其他阔叶乔木明显减少,湖泊西部地区植被迅速退化为开阔的疏林草原景观;11505~10693 a B. P.,植被逐渐恢复为与现今类似的森林草原交错生长群落.乔木/非乔木花粉含量比值( AP/NAP)和主要陆生植物花粉百分比主成分分析(PCA)结果说明,研究区植被演替主要受降水控制.将该结果与沉积相、沉积速率变化相结合,证明14512 a B. P.布日敦湖流域内降水突然增加,在14512~12695 a B. P.期间气候最为湿润,并伴随3次百年尺度降水波动事件.而12695 a B. P.时降水迅速减少,在12695~11505 a B. P.发生千年尺度干旱事件.布日敦湖地区降水变化总体趋势与北方季风边缘带其他高分辨率湖泊记录相似,但内部结构存在一定差异.在年代误差范围内,降水突变与北高纬博令-阿勒罗德(BA)间冰阶和新仙女木(YD)冰阶温度异常事件发生时间相一致.北半球夏季太阳辐射岁差周期变化、北大西洋经向反转环流(AMOC)循环速率、西风急流强度和位置等均可能导致西太平洋副热带高压位置异常偏移,进而影响东亚夏季风北部边缘带降水变化.     

腾格里沙漠南缘末次间冰期5e亚段的微量元素特征及其反映的古气候

腾格里沙漠南缘土门剖面TMS5e层段由16层风成砂、11层湖积黄土和5层湖相沉积构成,其年代相当于深海氧同位素5e。分析结果表明,TMS5e的10种微量元素的含量依次为PMnSrRbVCrZnNiCuNb。就平均值来看,古流动沙丘砂的各微量元素含量最低,其次为古半固定-固定沙丘砂,但两者的各微量元素含量都明显低于整个TMS5e层段相应平均值;黄土状亚砂土微量元素含量稍低于整个TMS5e层段相应平均值;湖相沉积和湖积黄土的各微量元素含量相差较小,且明显都高于整个TMS5e层段、古流动沙丘砂和黄土状亚砂土的平均值。土门剖面TMS5e层段的微量元素指示的MIS5e腾格里沙漠南缘的气候是不稳定的,经历了14.5次暖湿与冷干交替的气候波动,且可划分为TMS5e5(139~129.30ka BP)、TMS5e4(129.30~124ka BP)、TMS5e3(124~119.50ka BP)、TMS5e2(119.5~116.5ka BP)和TMS5e1(116.5~113.70ka BP)等5个亚段,分别可与格陵兰GRIP冰芯氧同位素所反映的MIS5e5、MIS5e4、MIS5e3、MIS5e2、MIS5e1等气候波动在性质和相位上相对应。     

腾格里沙漠南缘土门剖面末次冰消期层段粒度特征及其反映的古气候北大核心CSCD

腾格里沙漠南缘土门剖面41LD-52L层段由3层黄土状亚砂土、5层砂黄土、2层湖湘和2层古土壤组成,其年代为14 930~11 640aBP,相当于末次冰消期。分析结果表明,整个末次冰消期层段以粉砂含量占绝对优势,分布范围/平均值21.69%~79.47%/50.33%;砂含量次之,为3.97%~75.37%/38.17%;黏土含量最少,为2.34%~34.02%/11.50%。各不同粒级沉积物、Mz、σ等在垂直方向上呈相反的镜像对称变化。该层段粒度（Mz）指示腾格里沙漠南缘末次冰消期经历了4个以东亚夏季风为主的暖湿气候（W1-W4）与4个冬季风为主的冷干气候（C1-C4）,其中W2、W3和W4暖事件与格陵兰GRIP冰心记录的晚阿勒罗德（late Allerd）、早阿勒罗德和波令（Blling）等暖事件对应;C1、C2和C3冷事件与新仙女木（Younger Dryas,YD）和阿勒罗德（Inter Allerd Cold Period,IACP）冷事件对应。同时,该指标指示的新仙女木冷期（12650~11640aBP）与波令-阿勒鲁德暖期（14930~12650aBP）,可分别与格陵兰GRIP冰心氧同位素记录的新仙女木冷期、波令-阿勒鲁德暖期（B/A转换）在气候性质和相位上具有较好的对应关系。它们之间的良好的对比关系表明,腾格里沙漠南缘气候波动的驱动机制可能与格陵兰冰心代表的北半球高纬度热盐环流驱动机制密切相关。     

腾格里沙漠南缘土门剖面末次间冰期5e的主量元素特征及其记录的古气候

腾格里沙漠南缘地处中国西北沙漠与黄土交错带,也是东亚冬季风与夏季风交替控制的过渡地带,其对全球气候变化十分敏感,是研究古气候与古生态的理想地点。选择该区域一典型剖面即"土门剖面"(TMS)为代表,通过野外考察、采样和室内采用X-射线荧光光谱仪进行主量元素测试,探讨了以该剖面主元素氧化物为气候代用指标指示的腾格里沙漠沙漠南缘末次间冰期5e(MIS5e)的古气候变化。年代相当于MIS5e的土门剖面末次间冰期5e层段(TMS5e)由16层风成砂、11层湖积黄土和5层湖相构成,记录了14.5个风成砂与湖相或和湖积黄土构成的沉积旋回与元素旋回。分析结果显示,该层段8种主量元素的含量高低依次为:SiO₂ >Al₂O₃ >CaO >TOFE(FeO+Fe₂O₃) >K₂O >MgO >Na₂O >TiO₂,平均值依次为64.11%、11.31%、5.15%、4.08%、2.37%、2.26%、2.01%、0.41%。这些主量元素在TMS5e层段的垂直方向上呈两组镜像对称变化:一组为SiO₂,其含量在风成砂层位显峰态,而在湖相和湖积黄土层位显谷态;另一组为Al₂O₃、TOFE、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、TiO₂,它们在风成砂层位呈谷态,在湖相和湖积黄土层位显谷态。土门剖面TMS5e层段的主元素氧化物指示的MIS5e腾格里沙漠南缘的气候是不稳定的,经历了14.5次暖湿与冷干交替的气候波动,且可划分为TMS5e5(139~129.30 ka BP)、TMS5e4(129.30~124 ka BP)、TMS5e3(124~119.50 ka BP)、TMS5e2(119.5~116.5 ka BP)和TMS5e1(116.5~113.70 ka BP)等5个亚段,其在时代上与末次间冰期5eGRIP冰芯δ¹⁸O记录的5个阶段具有遥相关关系。该研究深化了对我国西北季风边缘区MIS5e古气候状况的了解,也为国际上仍有争议的"MIS5e气候是不稳定"的理论观点提供了有力的地质证据。