西峰剖面午城黄土古风化强度变化与 早更新世季风环境演化*

游离铁(FeD)/全铁(FeT)比值被土壤学界用来反映土壤化学风化强度,并已在风尘堆积的古环境研究中得到较好应用。然而,迄今对第四纪黄土古风化强度的研究多集中于中更新世以来的序列,只有少数剖面的分析包含午城黄土。文章基于西峰剖面661个样品的FeD和FeT分析,建立了该剖面午城黄土的古风化强度序列,并与剖面原有1.2Ma以来的序列进行对比。结果表明,早更新世古土壤的风化强度与后期相比总体较低,而黄土层的风化强度总体偏高,反映了较小的冰期-间冰期反差; 古风化强度的波动总体上与深海氧同位素有较好的一致性,体现了全球冰量变化对我国北方季风环境的控制。2.6~1.6Ma期间,古土壤的平均风化强度在整个第四纪最低,指示了较弱的夏季风环境效应。从约1.6Ma开始到1.2Ma,古土壤和黄土层的风化强度均增加,并开始有较显著的约100ka周期。这些特征在深海氧同位素记录中没有表现,而与热带地区一些环境特征相吻合,从而指示了低纬过程对我国北方早更新世季风环境的显著影响。     

黄土粒度分布中的超细粒组分及其成因*

多个剖面的粒度测量表明,黄土高原的黄土和古土壤中普遍存在超细粒组分,其平均粒径大致0.4μm,在全样中的含量大致5 ％ ~6 ％。 超细粒组分的含量在黄土中低,在古土壤中高;并且同一地层自西北至东南增加,这些特征都显示超细粒组分的形成与成壤作用强度相关。一般情况下超细粒组分的粒度在黄土中粗,在古土壤中细。黄土高原各季节的现代天然粉尘中同样存在超细粒组分,然而干旱区成壤作用较少的天然降尘中基本不存在超细粒组分。以上特征说明,黄土中的超细粒组分的形成与成壤作用有关,成壤作用中次生矿物的粒度和含量特征也支持这一解释。     

汉江上游谷地辽瓦店剖面风化成壤特征以及成壤环境演变

以汉江上游谷地郧县辽瓦店典型全新世黄土-古土壤剖面为研究对象, 对其粒度、磁化率、烧失量、吸湿水、Rb/Sr比值等理化指标进行分析研究。结果显示: 粘粒含量、细粉砂含量、粘粒/粗粉砂比值、磁化率、烧失量、吸湿水含量和Rb/Sr比值在古土壤S0为剖面最高值, 在黄土层(L0、Lt和L1)均较低, 而细砂粒和粗砂粒含量在古土壤S0为剖面最低, 在黄土层(L0、Lt和L1)均较高。 表明古土壤S0形成时期, 气候温暖湿润, 降水量充沛, 生物活动强烈, 成壤作用较强; 黄土堆积时期, 气候寒冷干燥, 成壤作用较弱。各指标含量曲线中古洪水滞流沉积层(slackwater deposit, 简称SWD)均呈现出突变性的变化, 且变化幅度甚大, 说明其为气候突变事件的产物, 未受到成壤改造作用和生物活动的影响, 表明全新世晚期的东汉末年, 在汉江上游流域曾发生过一次强烈的气候突变事件, 引起了特大洪水的发生。     

天山中段树木生长对气候垂直梯度的响应*

文章通过天山中段垂直梯度上多个台站的气候资料,系统分析了不同海拔高度气候变化的时空差异性,以此作为与轮宽资料进行相关分析的基础。进一步利用气候条件较为一致的天山中段鹿角湾、乌鲁木齐河源山区和天池等地森林上限附近树木年轮宽度变化资料,结合前人在这一地区森林内部和森林下限所做的研究,探讨了天山中段树木生长对气候垂直梯度的响应。结果表明,天山山区最大降水高度有明显的季节变化,从而导致气候因子对树木生长影响的复杂性。除了海拔最高的采样点天池(TC)外,其他采样点均与上年8~9月降水总量正相关,与上年7~8月平均温度负相关,与当年4~5月降水总量正相关。而在海拔最高、高山林线附近的采样点与当年2月均温显著正相关,与当年5月气温显著负相关。可以认为,在研究区树木生长主要受到上年7~8月由高温引起的干旱和当年4~5月由降水不足导致的干旱的影响。在接近气候林线处,低温的限制作用才表现出来。     

郧县前坊村剖面黄土-古土壤序列风化成壤及古气候研究

秦岭作为我国南方和北方地理、气候、自然环境的天然分界线,并当作是黄土高原的南屏障。汉江上游谷地地区位于秦岭南侧,属于北亚热带气候区域,受季风气候活动影响强烈。为了探讨该地区在亚热带气候背景下,风成黄土成壤改造对气候变化的响应机制,通过对汉江上游谷地前坊村（QFC）剖面磁化率、烧失量、粒度、Rb/Sr等理化性质进行研究。结果表明:①末次冰期以来沙尘暴很有可能越过秦岭在其南侧堆积,黄土-古土壤剖面地层序列从上到下依次为:MS-L₀-S₀-Lt-L₁-AD;这些沉积物完整记录了一级阶地上晚更新世气候变化信息,地层单元受到各个时期不同程度成壤强度的改造。②前坊村剖面中,理化性质在不同地层单元有显著差异。例如磁化率、烧失量、Rb/Sr指标平均含量的高值出现在古土壤层中,低值出现在黄土层;而Zr/Rb含量变化正好相反;这些理化性质表明,在古土壤发育期,水热条件进入最适宜期,沉积物的风化成壤作用显著;在黄土堆积期,气候寒冷干燥,主要以粉尘堆积为主,沉积物的风化成壤作用较弱。③秦岭南侧北亚热带汉江上游前坊村一级阶地剖面化学风化强度变化揭示了黄土-古土壤环境气候变化的规律:末次冰期以来（大约18.0～11.5 ka B.P.）,气候干冷,沙尘暴频繁出现,沉积物以黄土堆积为主,成壤作用微弱,形成马兰黄土（L₁）;全新世早期（约11.5～8.5 ka B.P.）,气候由干冷向暖湿方向转变,但主要以干冷为主,形成过渡层（Lt）;在全新世大暖期（8.5～3.1 ka B.P.）,气候条件达到最优阶段,水热配合较好,生物活动活跃,成壤作用十分显著,发育了古土壤S₀;到了全新世晚期以来（3.1 ka B.P.）气候又由暖湿向干冷方向转变,成壤作用明显减弱,沙尘暴出现较为频繁,形成了以黄土堆积为主的全新世黄土（L₀）。现代表土层（MS）是在（1.5 ka B.P.）以来气候转暖,加之人类长期农业耕作扰动,在全新世黄土L₀顶部叠加而形成的。     

黄土高原南部全新世黄土-古土壤 序列若干元素分布特征及意义*

选择黄土高原南部的XJN,XMC和JYC全新世剖面为研究对象。通过对地层中Ca,Ba,Rb和Sr元素分布的研究,发现Ba/Sr和Rb/Sr比值在不同地层中含量差异十分明显,并与成土作用强度显著正相关,可作为良好的气候替代指标;表生环境中Rb和Ba较稳定,Sr和Ca元素十分活跃,易于迁移,其中Ca的迁移能力高于Sr元素;从XJN→XMC→JYC剖面,Rb和Ba元素含量增加,而Sr和Ca元素含量降低,这与区域环境差异有关;全新世中期暖湿的亚热带气候主要出现关中盆地地区,六盘山以西则是暖温带气候。     

表土磁学特征揭示的青藏高原及其周边地区的气候边界

青藏高原及其周边位于东亚季风、印度季风与西风环流系统的交汇地带,是气候变化的敏感区和影响显著区。刻画青藏高原及其邻区降水的空间分布以及干湿气候区边界位置,不仅对深入认识该地区大气环流分布形势具有重要意义,同时还可以进一步加深对欧亚大陆大气环流动力学过程的理解。通过对青藏高原及其周边现代地表沉积岩石磁学参数空间分布特征的综合集成研究,结合300多个气象站点近70年气温和降水数据的详细对比分析,发现降水量是控制青藏高原及其邻区地表土壤磁学性质变化的主要因素,表土磁学性质可以用于揭示高原及其邻区降水的空间分布。已发表及新获取的700余块表土样品成壤相关的磁学参数呈现出显著的空间梯度变化,揭示出北祁连山—横断山以及帕米尔高原—北天山是青藏高原及其周边地区2条重要的成壤强度分界线,其大致分别对应半湿润—半干旱区（400 mm）以及干旱和半干旱区（200 mm）的干湿气候区降水界线。此外,高原北部及其周边多个末次冰期—间冰期以来的风尘沉积剖面磁学参数的空间对比结果,还进一步揭示第四纪冰期时,随着全球变冷,干旱化加剧导致高原北部气候梯度差异显著减小,全球冰量变化可能是控制高原北部气候格局演化的主要因...     

中国西部冰川对近期气候变暖的响应*

中国冰川主要分布在青藏高原及周边地区,在这一广大的区域内分布有冰川46377条。研究表明,中国西部变暖显著,1950年代以来平均气温上升0.2℃/10a,其中1990年代是近千年中最暖的10年;同时,1950s以来西北各省的降水量增加了约18 ％ 。为认识这一气候变化对中国西部冰川的影响,利用遥感和地理信息系统方法,获取了近50a来5000多条冰川的变化状况。结果表明,中国西部82.2 ％ 的冰川处于退缩状态,冰川面积减少了4.5 ％ ,同时也有一些冰川处于前进状态。此外,近数十年中国西部冰川变化表现出明显的区域差异,青藏高原中部和西北部地区的冰川相对稳定,而高原周边山区的冰川物质亏损严重,处于加速退缩状态。     

硅酸盐化学风化强度评估的沉积物指标与方法研究进展*

风化作用是源-汇沉积体系中的重要环节,气候、构造、地形、植被和岩性在不同程度上控制着地表硅酸盐化学风化,量化硅酸盐化学风化强度有助于开展全球性的实例研究对比。本研究归纳总结了基于碎屑沉积物的化学风化强度指标,包括岩石学和矿物学指标、元素地球化学指标和非传统稳定同位素指标,并指出了指标在应用中存在的问题。这些指标中:砂质沉积物骨架颗粒组成、粉砂级碎屑的矿物组成和矿物表面结构特征从矿物组成和结构上直观地反映了化学风化强度,运用不多但值得关注;黏土矿物组合和主微量元素指标如CIA、Rb/Sr、α^AlE等在实例研究中运用广泛,同时也显现出易受物源和水动力分选影响等弊端;新近开发的利用锂、硼、钾、镁、硅等同位素示踪化学风化强度的方法具有广阔的应用前景,同位素的分馏机理有待完善。源-汇体系中的其他过程如物源供给、水动力分选、成岩作用、再旋回作用、成土作用、物理淋滤和生物利用等会影响化学风化指标的使用效果,通过多指标的综合运用和相互验证,可以有效提升化学风化强度评估的准确性。     

世界气候变暖及二氧化碳埋存现状与展望*

由于CO₂大量排放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻。21世纪环境保护受到国际社会高度关注,全球气温上升控制目标比工业革命前水平高2 ℃以内,因此必须采取积极有效措施。捕获和埋存废气中的CO₂是避免气候变化的有效途径之一,同时要求CO₂须埋存几百或几千年。埋存对环境产生的影响最小、成本较低且遵守国际法规。CO₂地下埋存的主要场所是枯竭的油气藏、深部的盐水储集层、不能开采的煤层和深海等。CO₂地下埋存可应对因能源需求增长和CO₂排放量增加带来的挑战,必将为全球资源及环境的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据。     

最近130ka来黄土物质化学风化的空间观察

选取黄土高原48个末次间冰期以来沉积剖面中的248个黄土、古土壤和弱发育土壤层的代表性样品,对它们的酸不溶物进行了主量元素的分析。结果表明,在已有的几个不受粒度影响的化学风化指标中,（CaO+MgO+Na2O）/TiO2比值对气候条件变化具有相对较高的敏感性,且受沉积速率的影响较小。在源区风化状况相对稳定的前提下,它是一个反映夏季风变化较为有效的指标。根据该指标在黄土高原上的空间等值线图,发现其从北到南间冰期的变幅大于冰期,这可能表明间冰期时夏季风降水在黄土高原的变化梯度要大于冰期。     

白水黄土-红粘土化学风化强度的剖面特征与粒度效应

白水剖面黄土-红粘土全样化学分析表明,以CIA指数为代表的化学风化强度从剖面下部往上逐步变弱,波动增大,总体趋势与深海氧同位素代表的全球冰量变化可以很好对比。分粒级组分化学分析则显示,黄土-红粘土主要元素迁移及化学风化强度与粒度强烈相关,CIA指数表征的化学风化强度变化在相当程度上受到粒度变化的控制。总体上,黄土-红粘土各粒级颗粒的风化程度都不高,而且沉积之后的成土风化作用对其主要元素含量的影响有限,黄土-红粘土化学成分的长期变化趋势主要受到物源的新加入和混合过程的影响。从剖面变化看,粗粒级部分(5～20μm和20～63μm)的风化指数的变化特征与细粒级部分(2O/Al2O3,Na2O/Al2O3,CaO/Al2O3和MgO/Al2O3比率的变化依次出现转折,这很可能与晚新生代黄土-红粘土物源区构造抬升、冰川剥蚀能力不断加大,使得新鲜基岩不断被剥蚀、去顶,由此造成主要造岩矿物顺序剥蚀、接受风化,成为粉尘新物源有关。     

近13万年来黄土高原干湿气候的时空变迁

第四纪时期，黄土高原粉尘物质的搬运、沉积及其后的成土过程受控于干湿气候的变化。对黄土高原这一特定地区而言，风成沉积序列在地域上的差异主要与东亚地区的季风环流在时间和空间上的变化有关。本文的研究揭示出，近１３万年里，最为显著的成壤期有６期，与这６个成壤期对应的时段也应当是夏季风环流加强、气候温湿的时期；在空间上，全新世适宜期及末次间冰期中与深海氧同位素阶段５ａ，５ｃ，５ｅ对应的时期，夏季风足可以深入到毛乌素沙漠腹地，并具有占优势的环境效应。在阶段３的早、晚期及５ｂ时期夏季风虽然也能深入沙漠－黄土边界带，但其环境效应在黄土高原北部及毛乌素沙漠南缘已不再显著。在阶段２、阶段４及阶段３的中期夏季风已不能深入沙漠－黄土边界带。     

气候变化影响的黄土高原农业土壤有机碳与碳排放

气候变化直接或间接影响土壤碳库源汇作用,然而目前科学界对土壤碳排放响应气候变化的敏感性还存在很大争议.文章通过对 1985～2002年间中国黄土高原地区耕作土壤有机碳动态进行模拟,探讨气候变化对干旱、半干旱地区耕作土壤碳排放的影响效应.结果表明,黄土高原耕作土壤有机碳受气温和降水的共同作用,对降水表现出更强的相关性.有机碳年净变化量受降水的强烈影响,在1990年和2000年降水充足年份表现为土壤有机碳的高增长率,在1995年降水低值年份土壤有机碳年净增长率降至最低.高原内区域间农业土壤有机碳的年变化与降水空间分布、年际变化也表现良好的相关性,气温、降水和蒸发都通过影响土壤含水量从而影响作物生长和土壤碳排放.因本底有机碳含量水平较低,黄土高原耕作土壤整体表现为一个净的碳汇.     

末次盛冰期以来陕北黄土高原的植被和气候变化

本文对黄土高原靖边和富县末次盛冰期以来的黄土沉积做了系统的孢粉分析.结果显示,末次盛冰期以来两地一直发育以蒿为主的草原植被,但植被组成在时间和空间上都有明显的差异.全新世早-中期植物种类比末次盛冰期丰富,沙漠植被减少,落叶阔叶树增加,表明气候变得温暖湿润.末次盛冰期靖边地区是以蒿、藜和其他菊科(非蒿属)为主的荒漠植被,...     

陇中黄土高原冬季地表辐射和能量平衡特征

利用定西试验基地2003年12月至2004年2月获取的地气相互作用观测资料,分析了陇中黄土高原冬季典型天气（晴天、阴天及雪天）和平均状况下的地表辐射能量平衡和土壤温度等微气象特征的日变化规律。结果表明,在典型天气间微气象特征有较大差异,但冬季的平均特征与晴天比较接近,云和降雪的扰动影响有限。冬季地表能量平衡以感热输送为主,土壤热通量为辅,且普遍存在不平衡现象。冬季初的2／3时段净辐射及土壤热通量日总量基本为负值,之后的1／3时段为正值,冬季地面加热场为热源。冬季土壤温度在地表及20 cm土壤层存在日变化,30 cm及以下土壤温度日变化很小。冬季地表日平均反射率基本在0.20～0.25之间变化,平均值为0.22。     

中国半干旱-湿润区末次间冰期以来黄土有机碳同位素特征与植被变化

对比研究中国半干旱-湿润气候区的黄土有机碳同位素(δ 13 CTOC)变化的控制因素及其所揭示的植被演替过程, 能够为认识这些地区植被变化规律提供新的依据。迄今, 秦岭以南亚热带地区土壤 δ 13 CTOC与植被和气候之间的关系及其与黄土高原地区的联系还不清楚。本研究选取末次间冰期以来黄土高原的镇北台、西峰、洛川, 以及秦岭地区的洛宁和长江下游的镇江等5个代表性黄土剖面, 对其δ 13 CTOC进行对比分析。结果表明, 湿润区黄土δ 13 CTOC在间冰期偏正, 在冰期偏负, 可以反映季风强度的变化。末次间冰期以来湿润气候条件下黄土沉积区的植被是以C4草本为主的C4/C3混合的草地。温度满足一定条件后,季风降水变化可能是控制半湿润-湿润区黄土沉积上覆C3/C4植物丰度变化的主要因素。     

末次间冰期以来青藏高原东部季风演化的黄土沉积记录

对青藏高原东部甘孜地区末次间冰期以来黄土地层的磁化率、粒度、CaCO3含量和有机碳含量等气候代用指标的综合分析表明,末次间冰期以来青藏高原东部冬、夏季风分别经历了5次和6次较为强大的时期;其演化阶段基本可与深海氧同位素曲线(SPECMAP)对比。与同期印度洋季风强度变化存在极高的一致性(特别是在氧同位素阶段3)。我们认为,全球冰量变化可能不是控制青藏高原季风演化的决定因素,而其它因素如太阳辐射变化及高原下垫面状况对高原季风演化可能具有更为重要的意义。     

末次冰消期亚洲季风强度变化的黄土高原西部万象洞石笋灰度记录

基于对石笋扫描图像灰度值的提取和10个230Th年代数据,建立了末次冰消期万象洞石笋灰度变化时间序列.在17.6～12.8kaB.P.期间,石笋灰度值在千年-亚千年尺度上呈现出明显的9次增大(峰)和9次减小(谷)交替变化的特征.对比分析发现,万象洞石笋灰度与密度指数在高频变化上呈显著的负相关关系,石笋灰度值的减小对应于...