无字之书 道尽沧桑——湖泊沉积物如何揭示古气候变化

2022年夏天,全球多地区开启“烘烤”模式。6月中旬到7月中旬,我国持续出现区域性高温天气,覆盖国土面积达502.1万平方千米,影响人口超过9亿人。这场高温天气的强度被称作是自1961年来最强,多个地区甚至出现了40℃以上的高温潮湿天气。伴随高温事件的是8月份全球性“干旱”状态,欧洲多瑙河、中国长江中下游等大型河流的水位回落超过历史记录,一些二战沉船、文物遗迹“重见天日”。

云南宣威4.6万年以来洞穴石笋古气候变化记录

石笋是高分辨地记录古气候环境变化的主要信息载体之一。本文通过对宣威下水龙洞 1号石笋进行α能谱铀系测年及碳、氧同位素分析 ,获得了距今 46 .1ka至 2 .75ka高分辨率的古气候演变信息。其年龄与δ18O值的记录在纵向上的变化具有明显的韵律性特征 ,可与深海岩芯V2 8～ 2 3 8同位素记录所揭示的第 3阶段、2阶段和 1阶段进行对比。反映 46 .1ka以来宣威地区的气候波动与全球的气候变化具有明显的一致性。但是 ,区内是气候变化的敏感区 ,是东亚季风与印度洋季风交互作用的特殊区域 ,存在有明显的地区性气候变化特征 ,在整个末次冰期时段 (4 6 .1～8.1ka)气候总体偏温暖 ,10 .2 5ka为新仙女木冷事件的最冷终止点。在全新世大暖期时段的 7.1～ 3.7ka间显示气候温暖湿润 ,而在 3.7～ 2 .75ka间伴随太阳辐射和印度洋西南季风强度的减弱 ,气候有明显的降温趋势。此外 ,石笋的碳、氧同位素显示的气候冷暖变化是 ,主沉积旋回以万年级、千年级和百年级为周期性变化 ;亚旋回以千年级和百年级为周期性变化。

南京老虎山黄土剖面中铷锶地球化学和磁化率与古气候变化的关系

宁镇地区的下蜀黄土记录了古气候变化的丰富信息。作为中国北方风尘堆积的南部边缘相,下蜀黄土在全球环境变化研究中占有重要的地位。本文以10cm间距系统分析了老虎山剖面的Rb、Sr含量和频率磁化率。结果显示,磁化率和Rb含量可以较好地指示东亚冬季风强度变化;Rb/Sr比可以作为下蜀黄土化学风化强度的替代性指标;剖面的Rb/Sr比由下至上升高是南京地区12万年以来化学风化作用增强的结果。

柴达木盆地第四纪古气候变化在自然伽马测井曲线上的记录

利用物理测井曲线分析古气候变化是近年发展起来的新的研究领域。本文在对柴达木盆地取心井涩中 6井多种气候指标分析的基础上 ,建立了涩中 6井GR曲线古气候反演模式 ,将该模式引进到盆地东部唯一贯穿第四系的钻孔———达参 1井 ,利用该井高分辨率自然伽马曲线 ,建立了盆地东部地区 2 .85MaBP以来的时间标尺 ,据此讨论了盆地东部地区 2 .85MaBP以来的古气候变化。此外还与盆地西部大浪滩ZK336井进行了对比。结果表明 :盆地气候变化在大阶段上明显受到天文轨道周期的控制 ,但也具有明显的区域性特征 ;柴达木盆地同时包含了高原隆升与全球性气候变化的信息 ,是古环境变迁的良好的信息载体 ;自然伽马曲线是反映内陆干旱盆地气候与环境变化良好的代用指标。

青藏高原腹地湖泊沉积序列与古气候变化

在青藏高原综合科学考察中,选择其腹地系列剖面的沉积物记录进行地层气候学和同位素气候学的研究。沉积物记录的气候变化与同位素丰度变化的响应关系十分吻合,其时间尺度和分辨率也能够互为补偿,在较大范围内覆盖了32ka BP以来的古气候环境变化。更为有意义的是,清晰准确地检出新仙女本期气候冷干颤动事件,用同位素丰度变化拟合的降温幅度可达11C;并且识别出“仙女木期”(包括老—中—新仙女木事件)高分辩率气候变化时段,时间窗为13～9.8 ka BP,这在青藏高原及中国大陆的古气候分析中是首次。而且冰后期气候变化中,高原腹地的发展过程具有“早博”(或“早跳”)现象,对中国古气候变化和现代气候预测具有借鉴价值。

松辽盆地晚白垩世古气候变化的测井替代指标

寻求指示古气候变化的测井替代指标是近年来古气候研究的重要途径和方向。测井曲线是地层岩石学、岩石物理学、岩石地球化学特征的综合反映,具有连续性好、纵向分辨率高的特点,为反演古气候变化提供了新的手段。松科1井作为专门为研究松辽盆地晚白垩世重大地质事件与古气候变化而部署的一口科学探索井,具有系统的岩心资料和较完整的测井系列资料。文中在对松科1井南孔自然伽马能谱测井资料进行统计的基础上,结合放射性元素地球化学分析结果,论证了钍/钾比(Th/K)可以作为指示气候变化良好替代指标的可行性,并据此对松辽盆地青山口组—嫩江组沉积时期的气候干湿变化进行了反演。结果表明:松辽盆地从泉头组3段—嫩江组2段沉积时期气候总体表现为从潮湿向半干旱转化的趋势,垂向上可划分为3个完整的干湿变化旋回。这一研究结论与前人在松辽盆地南部采用古生物学以及元素地球化学分析得出的结论相吻合,表明根据自然伽马能谱资料统计得出的Th/K值可以作为反演古气候变化的替代指标。

冀北—辽西地区侏罗—白垩纪之交期的孢粉植物群演替与古气候变化

本文根据冀北—辽西地区侏罗—白垩纪之交期孢粉植物群的地层分布,划分了9个孢粉植物群组合带(自下而上):"桫椤孢-苏铁粉-克拉梭粉"组合带、"克拉梭粉"组合带、"无突肋纹孢-滦平孢-纵肋单沟粉"组合带、"云杉粉-层环孢-无突肋纹孢-膜环弱缝孢"组合带、"云杉粉-无突肋纹孢-凹边瘤面孢"组合带、"辽西孢-刺毛孢-克拉梭粉"组合带、"刺毛孢-有突肋纹孢-无突肋纹孢-三孔孢"组合带、"三角孢-无突肋纹孢-有突肋纹孢"组合带和"无突肋纹孢-克拉梭粉-希指蕨孢-麻黄粉"组合带;重建了该区当时的古气候和古环境,认为中侏罗世时期该区处于温暖湿润气候下的低山丘陵环境,晚侏罗世时期处于干旱气候下的荒原环境,早白垩世早期处于温凉湿润气候下的低山环境,早白垩世中期处于温凉湿润气候下的高山环境,早白垩世晚期处于温暖湿润气候下的低地沼泽环境,早白垩世最晚期处于干热气候下的低地环境。此外,本文还根据该区侏罗—白垩纪之交期生物群演化和更替的特征,提出了"避难所"理论模式。

成都平原4kaBP以来黏土矿物记录的古气候变化

利用X射线衍射方法对成都金沙遗址IT6814探坑约4 m厚(约4 kaBP以来沉积)地层剖面的黏土矿物进行了分析,发现黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、伊利石-蒙脱石混层矿物和少量高岭石组成。根据黏土矿物含量变化的分析和对比研究,划分出成都平原黏土矿物变化的5个阶段,得出成都平原的气候变化经历了由温凉偏干与温暖潮湿的交替,在2 500 aBP发生了较为明显的快速降温过程。通过对比探讨了古人类活动对黏土矿物的影响尺度,认为古人类活动的影响较低,黏土矿物的成分和含量可以作为气候变化的指示剂。

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11-7.3Ma,8.0-5.0Ma,5.3-2.5Ma,2.5-1.2Ma和1.2-0Ma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-20ka的岁差周期、-40ka的黄赤交角周期和-100ka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辐射量的变化,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。

青海湖南岸黑马河黄土剖面碳酸盐含量与记录的古气候变化

在青海湖南岸黑马河2.2 m厚的黄土剖面中,以5 cm的间隔采样,进行了碳酸盐、碳酸盐中Sr含量以及磁化率的测定,通过对比分析研究了12.7 ka以来青海湖湖区古气候的变化,结果表明碳酸盐、碳酸盐中Sr含量、磁化率等基本较真实的记录了该区自12.7 kaBP以来经历的多次暖湿—干冷古气候变化过程。

中国末次冰盛期以来湖泊水量变化及古气候变化机制解释

中国古湖泊数据库收录的42个湖泊,提供的湖泊水量每千年变化的空间信息,可以用来系统分析中国区域末次冰盛期以来大气环流变化的状况.研究结果表明:我国西部从末次冰盛期以来直至全新世中期均为较湿润的气候状况,推测冰期内的湿润条件主要与西风带的降水以及低温低蒸发密切相关,而全新世主要为夏季风降水增加所致;全新世晚期气候趋干明显.我国东部的大部分区域在冰盛期和晚冰期较为干旱;只是在全新世有效降水状况才有大幅度的改善,全新世中期夏季风降水的效应仍然相当显著,控制的范围可达整个中国西部,同时位于现代季风气候区的中国东部,有效降水的峰值区的变化似乎存在从北往南的穿时性,南方有效降水峰值出现在晚全新世.而西南季风区湿润状况的明显改善发生在晚冰期,比东南季风区发生的早,显然这与两个季风系统的相互消长有一定的关系.我国东北区的湿润状况改善的也较早,显示了独特的季风气候机制.

青藏高原腹地32kaB.P.以来的古气候变化

在青藏高原综合科学考察中 ,选择其腹地系列剖面的沉积物记录进行地层气候学和同位素气候学的研究 .沉积物记录的气候变化与同位素丰度变化的响应关系十分吻合 ,其时间尺度和分辨率也能够互为补偿 ,在较大范围内覆盖了 3 2kaB .P .以来的古气候环境变化 .更为有意义的是 ,清晰准确地检出新仙女木期气候冷干颤动事件 ,用同位素丰度变化拟合的降温幅度可达 11℃ .这一气候事件与高原周边地区和中国东部地区以及全球变化均可进行对比 .而且冰后期气候变化中 ,高原腹地的发展过程具有“早博”(或“早跳”)现象 .

古气候变化的周期性与驱动机制研究的回顾

冰芯、深海沉积物、黄土、石笋、湖相沉积物等这些古气候载体所记录的古气候 (温度 )变化广泛具有 1 0 0 ka、41 ka、2 0 ka以及更短的千年周期性。 2 .45Ma BP到 1 .6Ma BP,低频率的 1 66ka到 333ka周期存在 ;1 .8Ma BP到 0 .8Ma BP,41 ka周期占主导。而从 0 .8Ma BP至今 ,1 0 0 ka周期逐渐增强并占主导地位。全球性的 1 0 0 ka周期的驱动机制可用地球轨道面倾斜理论或用宇宙尘在地球上的积累速率模式加以解释 ,而区域性的千年周期在北大西洋可用深海盐水的循环模式解释。新的资料和各种气候周期模式表明 ,长尺度的气候周期应是地外天体相互作用引发 ,短尺度高频率气候振荡应是地球内部各系统间相互制约影响的结果。

宁波平原晚第四纪的古气候变化

基于国土资源大调查项目取得的各类实测地质资料,大致查明了宁波平原晚第四纪的沉积物组成及分布特征,建立了沉积剖面结构;采用14 C和热释光测年、有孔虫和孢粉鉴定等方法,划分出岩石地层和生物地层,研究了沉积物的古环境信息,推测本区晚第四纪的气候变化历程为:湿热-温凉干燥-暖干-温凉湿润-温暖-冷干-温热湿润-温暖,其中晚更新世和全新世各发生一次海侵,规模渐次增大;另外,总结出近十多万年以来本区古气候与全球变化相吻合,并且揭示了古气候变化过程及其与海平面升降、海陆变迁密切相关,气候转暖引起海侵,气候变冷发生海退。

平顶村剖面古气候变化记录

对河北省阳原盆地平顶村剖面的野外观察、孢粉分析及１４Ｃ测年，作者认为，该剖面的地质时代为晚更新世晚期至全新世早期。依据Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋值估计古温度并结合ＣａＣＯ３含量变化分析，该区自晚更新世晚期至全新世早期，古气候经历了温凉湿润→寒凉偏干→寒冷湿润→温凉干燥的变化过程；孢粉组合特征反映植被曾经历森林植被和森林草原植被的演化。

中世纪暖期前后我国雷洲半岛地区的古气候变化

本文对位于雷洲半岛湖光岩玛珥湖湖沉积物进行了年代学 ( 137Cs、AMS14 C)及总碳 (TC)、氮 (TN)、无机碳 (IC)的分析。对于湖光岩玛珥湖这一热带地区封闭湖泊而言 ,无机碳含量的变化可能受降水量 蒸发量控制。有机碳、氮的变化可能反映了湖泊生产率及营养状况的变化。在热带地区 ,湖水温度变化不大 ,温度可能不是藻类生长的主要控制因素 ,降水量的增加及湖泊营养物质的变化可能是有机碳、氮含量增加的主要原因。碳酸盐含量的高值期对应于有机碳、氮的低值阶段。 1 40 0a来碳酸盐含量有两个高值阶段 ,分别为AD880～ 1 2 6 0和AD6 70～ 76 0。这两个高值阶段可能也是干旱期。湖光岩玛珥湖地球化学指标所揭示的干旱期与安徽龙感湖硅藻和孢粉的研究结果有较好的对应性 ,可能表明我国南部地区中世纪暖期可能存在一个干旱期。

湛江田洋玛珥湖孢粉组合与古气候变化

田洋玛珥湖位于我国雷州半岛热带亚热带地区,以其独特的封闭性与特殊的物化条件,成为研究全球古气候变化的重要场所.根据孢粉组合研究,按冷、暖,湿润、干燥的变化,把近40万a来的古气候划分为13个气候期.第11气候期(35万a B.P.)最热,年平均气温23℃以上;第7气候期(20万 a B.P.)气候炎热,年平均气温23℃左右,是玉木/里斯间冰期;7万～1.2万 a B.P.气候变冷,称玉木冰期.第3气候期(4.8万～3万 a B.P.)相对温暖,称玉木亚间冰期,表现为湿热多雨.第2气候期(3.0万～1.2万 a B.P.)最冷,年平均气温为14℃,称为玉木主冰期.第1气候期就是近1.2万a以来的温暖的全新世,年平均气温22℃左右.

近12000aB.P.以来博斯腾湖地区古气候变化的沉积物稳定同位素及其他指标的记录(英文)

根据南疆博斯腾湖湖相沉积物碳酸盐稳定同位素、孢粉及化学元素含量的研究，揭示了近12000 aB.P.以来古气候与古水文状况的变化过程与特征，其气候的演化特征与新疆地区地质记录基本一致，具有明显的西风型环境演变特征，表现为冷与相对湿润、暖与相对干旱的水热配置关系揭示了本地区近12000 a B.P.以来出现了一系列冷暖变化，其中暖峰主要出现于11 500～11 000 a、9 400 a、7 500 a、3 000 a和2 000 aB.P.,气候特征以干暖为主，湖泊水文特征总体表现为盐度增加，水位下降，湖面缩小；而冷峰主要出现于11 000～10 000 a、8 800 a、5 000 a、3 300 a和1 500 aB.P，主要表现为湿润程度有所改善，相应地，湖泊膨胀淡化，湖面上升而在7 000～5 000 aB.P.期间出现的相对暖湿的环境特征可能是全新世大暖期暖湿的气候特征的反映。

内蒙古盐海子盐湖Ya02孔元素聚散与古气候变化

通过对内蒙古伊克昭盟Ｙａ０２孔３５件样品Ａｌ、Ｆｅ、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆ、Ｃｌ以及Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ等２２项元素测试结果的研究表明，元素组合与含量变化过程严格受气候因素的控制，并反应敏感。据此将该湖自下而上划分了１３个气候期，揭示了自成湖（２３ｋａＢ．Ｐ．）以来冷暖与干湿的气候环境变化模式：晚更新世主要以冷湿气候为主，并伴有多次相对温干偏湿的气候波动；早全新世为暖湿气候；中全新世以温暖干气候为主，伴有冷湿气候；晚全新世以来，所测各元素含量趋于增高趋势。

华北平原十二万年以来的古气候变化

本文通过近十个钻孔孢粉分析结果的综合对比研究,建立起该地区晚更新世以来的综合孢粉图谱,绘制出气温曲线。把12万年以来的古气候分为三个阶段、七个气候期,包含有10个以上的主要气候波动。整个气温变化幅度在10℃左右。这条气候曲线与国内外典型气候曲线对比,说明了古气候变化具有全球性。