1100万年以来中国北方风尘堆积与古气候变化的周期及驱动因素分析

中国北方连续堆积的晚新生代风成红粘土-黄土,是气候干湿变化的良好地质记录.对第四纪黄土的研究,揭示了中国北方干湿的周期变化,但是中新世以来的古气候变化规律及其驱动机制还不清楚.通过对具有代表性的红粘土-黄土序列的粒度测试,并根据独立的古地磁地层年代控制,建立了我国北方1100万年以来气候变化的时间序列.在此基础上,应用传统谱分析和小波变换的方法,对1100万年以来的干湿变化进行了分析,讨论了11～7.3 Ma,8.0～5.0 Ma,5.3～2.5 Ma,2.5～1.2 Ma和1.2～O Ma期间我国北方和亚洲中部干湿变化的周期,发现在不同时间段分别存在着～20 ka的岁差周期、～40 ka的黄赤交角周期和～100 ka的地球轨道偏心率周期,获得了地球轨道运动变化引起太阳辐射变化驱动晚新生代亚洲内陆干湿变化的新证据.同时,还发现风尘沉积的粒度时间序列存在非轨道周期,可能是轨道周期谐振和时间标尺不确定性造成的.地球轨道运动变化引起的北半球太阳辆射量的变化,从而引起北半球冰期-间冰期旋回、西风带位置移动和亚洲季风强度的共同变化,可能控制着晚新生代我国北方粉尘沉积过程和古气候变化.加强粉尘堆积记录和古气候模拟研究,可深入认识我国北方晚新生代干湿变化的规律和机制.     

Heinrich事件和末次冰期气候的不稳定性

对北大西洋深海沉积物的研究表明：末次冰期北大西洋沉积物记录中有多次洋面温度降低、有孔虫含量减少、盐度降低和粗颗粒的碳酸盐碎屑快速堆积的现象，这些时间跨度上千年或几百年的气候快速波动被称为Heinrich事件^{［１－４］}，很难用古气候的米兰科维奇理论来解释。最近对末次冰期中国马兰黄土堆积的调查发现，在末次冰期之中东亚冬季风也有多次加强，它与北大西洋沉积物中的Heinrich事件对应很好，暗示着东亚季风的变迁更直接受控于北半球冰量的变化，而不是过去人们认为的东亚古季风气候变化与地球轨道变化引起太阳辐射变化直接相关。      

甘肃第三系红粘土磁学性质初步研究及古气候意义

研究表明红粘土与黄土-古土壤具有共同的磁性矿物, 即磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿(可能还有褐铁矿); 红粘土的磁化率大小与超细顺磁性颗粒的含量正相关; 它与第四纪的黄土-古土壤相似, 在湿润气候条件下由成壤作用形成的超细铁磁性矿物对于红粘土中古土壤层的磁化率增大有重要的贡献, 并得到了Rb/Sr比值的证实. 尽管红粘土中也发现了磁化率与其成土强度不对应的现象,但总体上看红粘土的磁化率仍不失为一个简便的古气候替代性指标. 根据磁化率曲线, 从红粘土发展到黄土沉积,其间的古气候变化幅度大致等同于阶段5(S1)到阶段2 - 4(L1)的变化幅度, 可能表明第四纪期间风场加强、从源区携带比上新世更多(大约两倍)较粗的弱风化风积物(不含超顺磁性颗粒)到黄土高原. 7.5 Ma以来, 中国北方中部风积红粘土的出现记录了从下伏白垩纪红砂岩到晚第三纪的重要气候转变. 红粘土的发展与白垩纪以来全球干旱化和变冷密切相关, 可能由于当时青藏高原的强烈隆升导致了东亚季风开始或加强, 从而有了红粘土的堆积.     

陕西旬邑新近系红土剖面粒度组成的古气候意义

陕西旬邑下墙新近系红土的粒度组成中,粗颗粒含量在剖面中的变化不大,<2 μm粘土粒含量有较大幅度的波动。结合其他因素分析推断,可能与当时青藏高原已升至有意义高度,冬、夏季风已初步形成,但都较弱,其中夏季风相对强一些,气候以暖湿为主,在暖湿的背景上,还存在凉干与暖湿的交替。在新近系距今 5.2Ma前后,可能有一次较明显的降温与变干。粒度曲线变化最显著的是由新近纪进入第四纪后,曲线上粗颗粒含量明显增加,<2 μ粘土粒含量明显减少,曲线由高频低幅突然变为低频高幅。这很可能主要与青藏高原在第四纪初发生剧烈隆升有关。     

新近纪黄土高原红黏土粒度和沉积速率的空间变化及其揭示的古大气粉尘传输动力

对黄土高原11个地点的新近纪红黏土沉积进行了粒度测量和统计分析, 发现晚中新世-上新世期间红黏土的粒度组成在空间上具有显著的南北向分异, 北部佳县红黏土堆积的平均粒径可达20 μm左右, 而南部蓝田则为9 μm左右; 佳县红黏土中>30 μm的粗颗粒含量达24.4%, 而蓝田红黏土中>30 μm的粗颗粒含量是5.6%. 红黏土的粒度分布特征指示了古粉尘主要是偏北风搬运来的, 进一步的分析以及与末次冰期旋回黄土高原12个黄土剖面的黄土-古土壤粒度的空间分布特征对比, 表明其传输动力可能为近地面的低空风系. 根据红黏土沉积序列粒度的变化特征, 将6.2~2.6 Ma BP期间古粉尘传输动力的强度变化分为3个阶段: 6.2~5.4 Ma BP颗粒较粗, 传输动力强度较大; 5.4~3.5 Ma BP颗粒最细, 传输动力强度小; 3.5~2.6 Ma BP颗粒最粗, 传输动力强度最大. 相应地, 将沉积速率的变化过程分为: 6.2~5.4 Ma BP 沉积速率较大, 5.4~3.5 Ma BP沉积速率最小, 3.5~2.6 Ma BP 沉积速率最大. 研究表明新近纪古大气粉尘传输动力及源区干燥度都在发生阶段性的变化, 可能与全球冰量的发展和变化有一定的联系.     

中国北方晚第四纪气候变化的沙漠与黄土记录* ——以光释光年代为基础的直接对比

中国北方有约200×10⁴km²的面积被黄土、沙漠和荒漠戈壁沉积物覆盖,这些地区堆积物的形成变化与第四纪气候变化密切相关。关于中国北方沙漠与黄土记录晚第四纪古气候变化的研究不少,但是,由于受到方法和条件等限制,系统的(高密度的)和独立的年代学工作比较薄弱,从而使诸多已经发表的关于沙漠-黄土记录的亚轨道时间尺度气候变化的结论受到质疑。文章通过对黄土高原代表性的4个末次冰期以来的黄土剖面以及毛乌素、浑善达克和科尔沁沙地的20多个末次冰期-全新世的沙-砂质古土壤剖面的研究,获得了150多个独立的光释光年龄数据。在此基础上,结合200多个样品的粒度、有机质含量和磁化率数据,重建末次冰期以来中国北方气候变化过程,对比分析沙地与黄土古气候记录的联系。结果表明,中国北方古气候在57.5~52.5kaB.P.相对干旱,41.5~37.3kaB.P.相对湿润,26~22kaB.P.逐渐干旱,22~18kaB.P.极端干旱,15~10kaB.P.干旱,10~8kaB.P.为干旱减弱的时期,8.0~2.4kaB.P.相对湿润,而2.4kaB.P.以来气候为相对干旱。其间,在8.0~2.4kaB.P.的湿润时期有几次干旱事件,而2.4kaB.P.以来气候变化频繁。具有独立年代控制的黄土和沙漠记录表明,中国北方的气候变化对轨道时间尺度的太阳辐射变化有大约3~4ka的滞后。     

青藏高原黄土堆积典型元素相对含量变化与古气候意义

青藏高原东北部黄土分布广厚,较好的记录了第四纪古气候变化的信息。为了从地球化学的角度寻找能更好指示高原气候变化的代用指标,本文对西宁盆地湟水河高级阶地之上的大墩岭黄土剖面顶部末次间冰期以来(S1古土壤层之上)沉积的黄土—古土壤系统取样,并做了易迁移元素(Sr、Ca)与难迁移元素(Rb、Zr、Ti)的含量变化分析。结果发现,水迁移能力差别较大,矿物组成不同的元素(或氧化物)比值Rb/Sr、Ti/Sr、Zr/CaO比较灵敏的指示了高原末次间冰期以来古气候,特别是古降水变化信息,而且其与常用的磁化率指示的中国北方古气候变化及深海沉积氧同…     

额济纳盆地GN100钻孔不同沉积相的粒度特征

内蒙额济纳盆地GN100钻孔的沉积相可划分为河流相、湖泊相、沼泽相及风成砂沉积。对该钻孔不同沉积相代表性 沉积物的粒度分析表明：额济纳盆地沉积物的粒度特征能够有效区分沉积环境和动力过程。河流相沉积物主要粒度组分为 粗砂,以滚动搬运为主,判别值Y为大于1;风成砂主要粒度组分为细砂,Y值范围主要在0附近;沼泽相也以细砂为主且 较风成砂更细,Y值主要为负值且小于风成砂;湖相粒度组分主要为细粉砂,以悬浮搬运为主,但不完全是静水悬浮搬 运,相比于静水沉积相对颗粒偏大,而Y最小,为小于-9。这些结果可以为区域沉积环境的准确解释提供参考。     

风成沉积物叶蜡氢同位素在揭示东亚季风区干湿变化中的原理及应用

沉积物叶蜡正构烷烃氢同位素是指示气候和环境变化的一种新的生物地球化学指标,由于其存在广泛、成因机制清晰、易于保存等特点,被认为是具有很大潜力的重建古环境的替代指标。分析了正构烷烃的形成过程与其氢同位素的分馏机制,讨论了叶蜡正构烷烃氢同位素在不同气候区指示湿度变化的能力,总结了在东亚季风区半干旱区的一些应用案例。相比于风成黄土中其他气候代用指标,沉积物正构烷烃氢同位素更直接地指示了区域干湿变化,对区域气候和环境变化响应敏感,在长时间尺度上记录了水汽变化过程,并存在显著的太阳辐射岁差周期。正构烷烃氢同位素是一种理想的东亚季风区干旱半干旱地区湿度重建的代用指标,未来需要进一步研究大气降水同位素和本地分馏过程对其变化的控制规律,加强其在古气候定量重建中的研究应用。     

南秦岭大巴山北缘山间盆地水系演化

河流袭夺对地貌发育以及人类迁徙等均有着重要的意义.在秦巴山地区域,一直以来存在嘉陵江袭夺汉江的观点,但有很大争议.本文通过地貌指数和碎屑锆石U-Pb年龄谱相结合,探讨了秦巴山间盆地水系格局的演化过程,认为伴随着古长江的演化,汉江自东向西逐步袭夺南北向嘉陵江流域.在地貌证据上,石泉-安康盆地内发育不适称宽阔谷地和一系列风口;河谷形态和河谷宽高比(Vf)显示可能存在两次快速下切过程.流域高程积分(HI)反映地貌自西向东逐渐由老年期转向幼年期阶段.χ值显示分水岭向月河一侧迁移,月河在逐渐萎缩.沉积记录上,锆石U-Pb年龄谱显示了物源的变化,盆地内高海拔河流阶地沉积物显示了3个锆石年龄峰值(200~250、400~505、700~900Ma),并以印支期峰值(200~250Ma)为主,而近代水系沉积物锆石年龄仅显示晋宁期(700~900Ma)的单峰值.综合研究表明,区域内水系发生了两次主要的河流袭夺:(1)古汉江切穿区域挤压脊自东向西袭夺汉中盆地水系(古嘉陵江水系);(2)随着石泉-安康盆地内分水岭隆起,南侧支流袭夺干流,形成现代汉江上游水系格局.在这一过程中,区域性走滑断裂及其伴生的挤压抬升起着控制作用,上游次级流域的演化滞后于主河道对构造和袭夺的响应.结合秦岭地区古人类研究,河流袭夺造成宽阔谷地的沟通,可能为古人类沿河谷深入秦巴山地提供了便利的地貌条件.