中国钙华沉积与气候变化关系研究

钙华是第四纪研究中的重要标志物,它记录了地质构造活动和气候变化信息.钙华沉积和气候变化之间可能存在联系,但它们之间的确切关系还不清楚.本文收集了中国的50处钙华地理坐标及98个已发表的钙华年龄数据,并使用钙华数量出现峰值的年龄与第四纪典型气候事件发生的时间进行比较分析,以检验钙华沉积受气候变化调节的假设.数据分析表明,中国钙华在空间上主要分布在水量充足气候温暖且地势起伏大、水动力强的西南地区;在时间上钙华数量出现峰值的频率大致对应于气候的10万年(100 ka)冰期旋回,每100 ka的最大峰值均出现在间冰期或过渡期(冰川期向间冰期过渡时期)这两个较温暖时期.并得出中国钙华在气候温暖且降水或地下水丰富的时期沉积速率更高,而在气温降低水量减少时期沉积速率较低.     

第四纪气候变化机制研究的进展与问题

自从20世纪50年代海洋沉积氧同位素记录被揭示以来,经典的陆地4次冰期理论被新的认识所取代,人们发现第四纪以来冰期—间冰期旋回远远不止4次,并且从深海沉积和陆地黄土获取的古气候变化记录与地球轨道参数变化可以对比,为揭示第四纪古气候变化机制构建了明确的框架。近年来有关末次冰期不稳定气候事件的揭示也为深入认识古气候变化特征提供了新的证据。然而冰期—间冰期旋回机制、南北半球在冰期—间冰期循环过程中的耦合机制以及气候不稳定事件发生机制仍然是困扰古气候研究者的重大问题。     

黄龙钙华210Pb计年与现代沉积的环境变化研究

本文以黄龙钙华岩芯为主要研究对象,利用210Pb定年技术在测定年轻碳酸盐样品短时间尺度上的优势建立了研究区近100年来高精度的年代标尺及环境记录;通过碳氧稳定同位素的分析,讨论了钙华稳定同位素记录与器测气候数据的相关性特征,并与其他定年技术所获得的结果进行了相互验证.研究区钙华δ18O在1908~2004年时段内的变化范围为-12.13‰~10.42‰,平均值为-11.23‰,变化幅度达到了1.7‰.同属西南季风区、由于海拔效应和距离水汽来源远近不同等因素的影响,在同时段内黄龙钙华δ18O.的变化范围和变化幅度都比董歌洞和Kahf Defore洞的δ18O记录要大,说明处于中纬度、高海拔的黄龙钙华相对于低海拔的董歌洞和Kahf Defore洞石笋对气候环境的响应可能更加敏感.     

基于钙均衡估算黄龙钙华沉积速率的探讨

从黄龙钙华的成因研究出发,结合地质历史分析及长观资料对核心景区景观水系统的相对稳定性作出了评价。通过对景观水中钙离子及其它组分含量在时间及空间上变化特征的分析研究,揭示了钙离子含量在时间上的相对稳定以及在空间上自上游而下逐渐降低的规律,这为采用钙均衡模式来研究钙华堆积区内的年沉积量提供了重要保证。在此基础上,进一步通过同位素测年、物探、测绘等综合手段对钙华堆积区内的历史与现代的平均沉积速率进行系统研究,并与前人的研究成果对比,验证了钙均衡模型的可行性和可靠性。计算结果表明,黄龙核心景区钙华的平均沉积速率为1～ 4. 86mm /a。      

气候变化背景下钙华退化影响因素及其保育措施研究进展

为厘清黄龙钙华退化受气候变化调控规律,探究影响钙华沉积的生物与非生物因素对气候变化产生的响应,通过对钙华相关研究的专著及文献进行分析,从直接影响气候变化的水文因素和大气二氧化碳浓度出发,探索其对钙华退化的影响,表明水文过程及气候变化引起的极端事件是导致钙华退化的主要原因:(1)适宜的气候加速钙华沉积,极端的气候则会引起...     

云南白水台钙华沉积成因及主要沉积类型研究

白水台钙华景区是我国最大的冷泉型淡水泉华台地之一,其形成是由于大气降水通过玉席谷向斜构造及北西侧的断层构造向下渗透并接受来自深部地层的CO2补给,尔后岩溶地下水径流至白地盆边缘受到三叠系碎屑岩的阻挡呈带状出露于地表,CO2自水中逸出造成pH升高,CaCO3过饱和而发生沉淀,形成形态极其优美的钙华景观。但目前由于泉水流量的减少以及人为的干扰,白水台钙华景观正处在退化之中,须采取科学、合理的措施对其加以保护。      

国际第四纪地质学研究进展

与人类环境关系密切的第四纪地质学在“过去的全球变化”研究中取得了一系列重要进展，主要体现在对末次冰期旋回的高分辨率环境保护的提，高精度分析方法的建立、气候不稳定性的发现与研究以及穿越赤道的南北半球对比研究的开始等。     

钙华沉积机制的研究现状及展望

通过分析大量相关文献并结合作者近年来的工作成果,总结了四种钙华沉积模式: 泉水、河流障、湖泊以及沼泽钙华沉积;综合讨论了气候环境、水文地质条件、水体的物理化学性质、生物作用等因素对钙华沉积的影响。针对目前研究中存在的问题,作者认为今后的工作要从碳酸钙沉积反应的热力学、动力学和晶体生长等微观过程进行研究,从而更加全面地认识钙华沉积的机制,以便为钙华景观的科学保护提供理论基础。      

钙华洞穴的形成与保护

钙华洞穴是由钙华或钙华与碳酸盐岩共同形成的封闭或半封闭的空间。按成因,钙华洞穴可分为沉淀型(建造型)和岩溶型(改造型)两种类型。沉淀型钙华洞穴是钙化瀑布发育过程中的产物,是由于水量的分异和流态的变化造成不同位置上CaCO3 沉积量的差异而出现洞穴空间雏型并经进一步发展形成;岩溶型钙华洞穴则是钙华体在溶蚀过程中伴有不同程度的塌陷和再造所致。钙华洞穴小巧玲珑,景观精美奇特,具有较高的观赏性,但由于钙华洞穴的顶板较薄,使其具有较多的不稳定性。另外,洞内的次生碳酸钙形态极易被污染破坏。因此在开发利用时,应对钙华洞穴的稳定性进行科学评价,并加强洞穴生态环境的保护和监测工作。      

层状钙华及其地球化学指标的古气候/环境意义

层状钙华作为高分辨率古气候环境重建记录已被国内外许多学者所关注。钙华的微层厚度、氧碳同位素组成和微量元素的含量都呈现出随季节变化的周期性特点。钙华年层的形成与方解石沉积速率或者微生物生长活性的季节变化有关; 氧同位素组成的变化主要受温度和沉积水体的 δ18 O 控制,但蒸发作用(尤其是在干旱区)也有重要影响; 钙华的稳定碳同位素组成主要反映了不同 δ13 C 的碳源对水体溶解无机碳(DIC)的贡献。CO2的逸出和水生植物的光合作用会带走水中的 12 C,从而使 δ13 CDIC值增加。此外,钙华中的Mg,Ba和Sr等微量元素的含量与它们在水中的浓度和水温以及降雨量有关。然而,在钙华的高精度测年以及加积作用和再沉淀对同位素组成的影响等方面还需做进一步的研究。总之,层状钙华因其高沉积速率而在第四纪高分辨率古气候重建中有独特的优势,有可能成为第四纪研究的又一热点。     

北方气旋变化及其对西北地区天气气候的影响

利用1957—1990年的地面天气图资料统计了北方气旋活动频次,分析了北方气旋的若干气候统计特征及其与西北地区天气气候的对应关系.结果表明,北方气旋发生频次在20世纪50年代末呈上升趋势,60—70年代处在下降通道中,尤其是冬季和秋季下降最为明显.春季北方气旋活动频次增加时,当年西北地区夏季降水明显偏少;北方气旋频次的减少是我国沙尘天气减少的重要原因之一.     

鄂尔多斯地下水同位素组成与气候变化关系

鄂尔多斯盆地地下水中18O同位素组成与区域古气候变化关系研究有利于认识区域水循环规律,在对鄂尔多斯盆地地下水18O、14C同位素资料分析基础上,结合相关古气候变化研究成果,对比研究鄂尔多斯盆地地下水的同位素组成与古气候变化的关系,认为:①鄂尔多斯盆地地下水中稳定同位素(δ18O)含量的变化与该区古气候的变化具有良好的对应关系,特别在10 kaB.P.前后,鄂尔多斯盆地南部的古气候变化与其地下水中的δ18O含量变化十分明显;②鄂尔多斯盆地南部,10.2～11.9 kaB.P.、13.1～14.4 kaB.P.及16.2～18.9 kaB.P.三个时间段,可能由于当时古气温较低,导致地下水相对补给偏少;③古地下水的补给过程受古气候的变化影响呈现非等速补给特征.     

硅藻对地表石灰华沉积的生物作用及其意义

石灰华是岩溶地貌的重要组成部分。藻类在石灰华的形成过程中起着非常重要的生物控制作用。硅藻对地表石灰华沉积的生物作用,主要包括同化作用、拦截和粘结作用、结壳作用、胶结作用。对于生物作用中的钙化作用和分泌作用,硅藻可能具有这两种作用,其形成机理尚需进一步的研究。     

青海省东部地区气候变化与ENSO事件关系

ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)事件的发生会影响区域气候变化。通过对青海东部地区5个站点1959~2005年的降水、气温资料、干燥度和海表温度距平(SSTA)与南方涛动指数(SOI)的月序列进行相关性分析和周期性谱分析,探讨了区域气候变化与ENSO事件的关系。结果表明,1959~2005年青海省东部地区气候趋于暖干,并且冬春季变化趋势显著;暖事件的发生对该区域降水、气温及干燥度的变化影响较大,且气温对ENSO事件的响应要大于降水;ENSO事件对该区域的气候变化有两到三个月的影响期,EI Nino事件的发生对当月的影响较大,而La Nina事件的发生对该区域有两到三个月的持续影响期;降水距平及气温距平与ENSO事件存在短期相同的变化趋势,且该地区气候变化受南方涛动影响明显。     

全新世气候变化与中国北方沙漠化

气候变化是中国北方地区荒漠化形成发展的主要控制因素.新生代以来伴随着青藏高原的隆升和内陆盆地的下降逐渐形成的气候格局造就了北方地区荒漠化土地的分布.北方西部内陆盆地以干旱气候为主要特征,中部高原是受季风系统中夏季风和冬季风的消长变化影响最为显著的地区,东部地区则以暖湿气候为主,受夏季风控制.第四系以来气候的波动则控制着沙漠化的发展或逆转.末次间冰期以来一直持续的大约以1500a为周期的气候振荡对中国北方地区的沙漠化有重要的影响或控制作用.全新世以来,北方地区约在10000aBP、8000aBP、5500aBP、4000aBP、3000aBP、1500aBP的沙漠化过程分别与北大西洋第7、5、4、3、2和1次的浮冰事件相应,沙漠化扩大过程与全球气候变化的主要事件相一致.十年尺度上气候变化的周期性振荡对沙漠化有一定的影响,至少在生态环境脆弱的敏感地带对沙漠化可以起到控制作用.年际尺度上,6.7a和3.38a气候变化周期控制着我国北方地区沙尘暴的发生.此外,北方不同地区近150a以来的人类活动对沙漠化的扩大起到了重要作用.     

古气候变化与地下热水中氢氧稳定同位的关系

关中盆地地下热水中氢氧稳定同位素的研究表明：研究区地下热水中氢氧稳定同位素组成变化与当地古气候变化具有良好的对应关系,古气候变化直接影响了地下热水接受补给时的氢氧稳定同位素组成。研究区地下热水的补给为更新世前古代大气降水。大约在8.2～10.2 kaB.P.和18.1～19.2 kaB.P.这两个时间段,可能是由于当时温度较低导致关中盆地地下热水补给偏少;关中盆地地下热水的补给过程受古气候的变化影响呈现非等速补给特征,可能存在一定的古地下水形成期。     

中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气候背景的联系

利用1971-2000年中国722站逐月的土壤温度资料和1981-1998年178站逐旬的土壤湿度观测资料,分析了中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气温、降水变化的关系.结果表明:①我国东部土壤温度的变化在年际一年代际时间尺度上存在明显的区域性差异,其中东北地区表现为持续上升型,而西北东部一华北、江淮和西南一华南地区均为先降后升型;②1970-2000年代,土壤温度的变化在东北以及西北东部一华北地区有显著的上升趋势,而在江淮和西南一华南地区,总体而言变化趋势不显著.此外,1980-1990年代,各区域土壤湿度的变化趋势均不显著;③在年际一年代际尺度上,各区域土壤温度和气温的变化具有显著的正相关关系,而土壤湿度与土壤温度的变化普遍呈负相关关系,其中尤以西北东部-华北地区最为显著.而在较长的时间尺度上,土壤湿度与降水的变化仍然存在较好的正相关关系.     

SCL与中国东部气候年代际变化

据宇地磁耦合原理,利用太阳黑子周期长度(SCL)的变化及其与地磁场(文中主要考虑地热)的关系,模拟计算并重建了中国东部历史时期的气温序列变化,除了个别时段外,模拟曲线与修正后的竺可桢曲线十分相似;分析了2500a来中国东部气候的年代际变化.结果表明,该曲线能较好地再现2500a来中国东部气候的冷暖变化.对竺氏曲线中有争议的几个冷暖时段,如公元150—350年的温暖期、1050—1150年的小气候适宜期等,模拟结果与后来研究者分析的结果相合.中唐至五代的气候冷暖交替变化不稳定.该曲线也能清晰地反映出小冰期中国东部气候各个时段的变化以及现代气候的变化趋势。     

中国冻土对气候变化的脆弱性

冻土的脆弱性是指冻土对气候变化的脆弱性,是冻土易受气候变化,尤其是温度变化不利影响的程度. 研究冻土对气候变化的脆弱性是提高对自然生态系统、工程系统、生态-社会-经济系统对冻土变化影响的脆弱性的认知,科学适应冻土变化诸种影响的前提和基础. 基于科学性与实际相结合的原则、全面性与主导性原则、可操作性原则,以暴露度、敏感性与适应能力为标准,遴选构建了我国冻土脆弱性评价指标体系. 借助RS与GIS技术平台,使用空间主成分方法,构建了冻土脆弱性指数模型,在区域尺度上综合评价了冻土的脆弱性. 依据自然分类法,将冻土脆弱性分为潜在脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、强度脆弱与极强度脆弱5级. 结果表明：总体上我国冻土以中度脆弱为主,但青藏高原多年冻土对气候变化尤为脆弱;冻土脆弱性具有显著的地域分布特点,青藏高原、西部高山、东北多年冻土区脆弱性相对较高,季节冻土区相对较低. 与季节冻土相比,多年冻土对气候变化更脆弱. 在当前升温幅度条件下,冻土脆弱程度主要取决于冻土的地形暴露与冻土对气候变化的适应能力.