河北坝上地区地处东亚夏季风边缘,对气候变化响应敏感,是研究古气候环境演变的理想地区之一。本研究采用粒度端元模型分析方法对坝上地区2 m厚的典型风成砂-古土壤剖面沉积物粒度数据进行分离,同时结合粒度、磁化率和色度指标,探讨剖面沉积物各粒度端元所指示的环境意义以及坝上地区中全新世以来的环境演化过程。结果表明:1)白云湖剖面粒度组分分为3个端元,EM1代表区域暖湿气候背景下的风化成壤作用,间接指示区域的湿度状况;EM2代表区域风沙活动强度;EM3可能反映区域河流对基岩风化产物的搬运作用。2)研究区中晚全新世气候变化大致可以分为5个阶段:7.1 ka B.P.以前,风沙活动和河流搬运作用较强,气候表现为冷干特征;7.1~3.8 ka B.P.风沙活动减弱,气候温暖湿润,区域成壤作用加强;3.8~2.6 ka B.P.期间,气候波动频繁,处于暖湿-冷干过渡阶段;2.6~1.5 ka B.P.风沙活动增强;1.5 ka B.P.以来,气候由冷干向相对暖湿转变,成壤作用稍有加强。
古土壤是重建古环境重要的信息源。毛乌素沙地东南缘的古土壤在发育程度上尚未有明确解释。陕西省榆林市的镇北台地区位于毛乌素沙地东南边缘,对气候响应敏感。本文选取厚度为524 cm的镇北台(ZBT)剖面,按照古土壤2 cm、风成砂5 cm的间隔共采集古土壤样品156个,风成砂样品58个。基于6个AMS14C和3个OSL年代样品,推测剖面古土壤底部年龄为10 cal.ka B. P.,顶部年龄为3.2 cal.ka B. P.;并结合土壤微形态特征,对镇北台剖面沉积物中常量元素特征与成壤强度进行分析探讨。结果表明,镇北台(ZBT)剖面常量元素组成以SiO2、Al2O3和Na2O为主。CIA指数指示剖面处于脱Ca、Na为主的初级风化阶段,反映了毛乌素沙地东南缘全新世以来可能以相对干旱的气候环境为主,风化成壤作用较弱,但其中也不乏幅度较小的冷暖气候旋回。土壤微形态特征也表明ZBT剖面风化程度较弱,主要矿物由石英、长石、云母和岩屑矿物构成,可见胶结物和泥岩岩屑等土壤形成物。其成壤强度变化与化学元素特征表现一致:10.0~8.1 cal.ka B. P.左右,成壤较弱,气候向暖湿转变;6.9 cal.ka B. P.左右,成壤作用稍有加强;5.5~3.7 cal.ka B. P.左右,成壤作用最强,气候相对暖湿,化学、生物风化加强,但此阶段具有明显的不稳定性
生物遗存作为反映气候变化的有效沉积记录,是重建古环境和古气候的重要指标。利用多种生物遗存在青海湖湖东沙地开展全新世气候变化研究,对理解青海湖盆地乃至青藏高原东北部地区的环境演变过程具有重要意义。本研究基于AMS 14C与光释光(OSL)年代结果,对湖东沙地东缘3个沉积剖面陈沟左(CGL)、三道滩(SDT)及水渠沟(SQG)中的生物遗存进行鉴定和分析,结合岩性、粒度、有机质等环境代用指标,明确了生物遗存的环境意义。在湖东沙地获得的生物遗存主要包括青海云杉(Picea crassifolia)残体、木炭及4种蜗牛化石。青海云杉残体指示湿润的气候,木炭反映总体湿润条件下相对干旱的环境;蜗牛化石的组合优势种为图克虹蛹螺相似种(Pupilla cf.turcmenica)和脆瓦娄蜗牛(Vallonia tenera),指示冷干的气候。在此基础上将湖东沙地全新世气候及环境变化过程划分为5个阶段:9.6 ka B.P.以前,剖面中保留少量青海云杉残体及木炭,气候转暖但存在干湿波动;9.6~8.0 ka B.P.,青海云杉残体分布较丰富,气候总体暖湿,其中,8.4~8.0 ka B.P.,木炭集中分布并出现最高值、蜗牛化石优势种繁盛、气候相对干燥;8.0~4.0 ka B.P.,青海云杉残体集中分布,木炭与蜗牛化石优势种数量保持低值,气候暖湿,为全新世适宜期;4.0~2.3 ka B.P.,剖面中基本未保留青海云杉残体,蜗牛化石优势种数量增加,气候由暖湿向冷干转变;2.3 ka B.P.以来,剖面中未见青海云杉残体及木炭,蜗牛化石优势种数量保持高值,气候较为冷干。