福建平潭岛晚第四纪沉积序列及MIS 5海侵旋回特征

选择位于福建平潭岛北部芦洋埔海积平原的PT01钻孔,岩芯长度28.3 m,采用加速器碳同位素(AMS 14C)和光释光(OSL)测年建立地层年代框架,认为晚更新世富含有孔虫等海相生物化石的地层应归属于MIS 5高海面期,即MIS 5e的潮下带滨海相沉积。结合岩性特征、古生物化石、沉积物色度、粒度分析及其参数等指标,进行了沉积单元的划分,重建了MIS 6末期以来的沉积相变化过程,揭示出MIS 5期间的多次海平面波动变化,即MIS 5高海面期沉积环境仍存在滨海、潮坪、潟湖、风成砂等沉积相之间的转换,并可能存在短暂的陆相或风化过程。而该区整个末次冰期的沉积缺失或较薄,上部全新世沉积也不发育,厚度仅为3.79 m,以沼泽相―风成砂相为主。

中国及其邻区现代孢粉数据：空间分布特征和定量古环境重建中的应用

现代孢粉数据及其关联的古环境信息是第四纪孢粉定量气候重建的基础,本研究对中国及其邻近区域现代孢粉进行了补充采样与分析鉴定和数据收集,初步建立了较大尺度的东亚地区孢粉数据库。该数据库现拥有2858个现代样点和孢粉谱数据,覆盖的国家和地区包括中国、蒙古、日本、越南、柬埔寨、泰国、印度、俄罗斯远东部分地区以及东海和南中国海海域。数据库的孢粉种类数为729个,本文对48个代表性的孢粉类型进行了等值线作图,其结果清晰显示出绝大部分孢粉的地理分布范围明确,与相关植被和气候具有紧密的关系。本研究对该数据集进行了最佳类比法重建气候可行性的验证,结果表明无论年降雨和年平均温度,重建结果都具有较高的可信度,与观测值的相关系数均达到0.9以上。该研究首次展示覆盖东亚区域的大陆尺度孢粉空间分布特征,并检验了数据资料用于气候重建的可行性,本研究提供的现代孢粉数据将有利于提高第四纪孢粉定量气候解释的研究水平。

华南至东南亚沿海全新世环境演变与史前农业

华南至东南亚沿海地区新石器时期稻作农业的出现并成为主要经济形态显著滞后于长江下游.然而,对于制约华南沿海早期农业扩张的原因存在争议,而且一直以来缺少将考古证据与海岸带沉积与地貌演变的自然过程进行对比.本研究利用全新世孢粉记录集成,结合沿海地区钻孔古环境数据集,探讨了华南至东南亚地区沿海平原的全新世沉积过程与时空演变特征,并对沉积孢粉记录进行了集成.研究区的时空对比表明,以丘陵海岸为主的华南沿海地区在中全新世因海平面上升和海侵作用,海岸线深入陆地丘陵边缘.从6~5 ka BP之后,沉积体系开始从海相为主过渡到陆相的沉积环境,但该时期的海岸带平原土地仍较狭窄,有限的可耕种土地限制了稻作农业的发展空间.虽然在一些南方的考古遗址中发现了5~4 ka BP的水稻相关遗存,但总体揭示的经济形态仍停留在采集、渔猎为主的范畴.三角洲的演变从4 ka BP开始,进入陆地扩张和湿地面积显著增加的阶段,大部分河口湿地和沿海陆地平原逐渐形成一定的规模.尤其在2.5 ka BP之后,三角洲进积作用使平原面积加速扩大,其快速变化与花粉记录指示的稻作农业发展阶段呈现高度的耦合.特别是秦汉前后大规模的农业人口南迁,新的移民带来了先进的集约化水稻种植农业技术,进一步促进了该地区水稻农业的快速发展,并加大了刀耕火种对森林的破坏和引发严重的水土流失.此外,从沿海平原到丘陵山地的早期农业发展也存在滞后现象.本研究揭示了华南和东南亚沿海地区海岸带平原的形成阶段与农业发展过程是基本同步的,印证了人类文明发展与自然环境变化相互制约与依存的人-地关系.

贵州西部晚全新世植被演替、气候变化与火灾历史

贵州西部位于北亚热带云贵高原山地湿润-半湿润气候区,西南季风是该区域水汽来源的主要气候系统。贵州六盘水娘娘山有连片分布的垫状泥炭沼泽沉积,较完整记录了过去的植被和气候历史,是研究气候-植被-火灾-人类活动变化的理想场所。本研究以六盘水娘娘山1999 m海拔的一处泥炭湿地钻孔上部52 cm岩芯为研究材料,通过AMS^(14)C测年获得年代框架,采用孢粉和炭屑分析,重建了该地区晚全新世气候变化和人类活动叠加影响下的植被演替及火灾活动历史。结果表明:3500~3100 cal.a B.P.期间,当地亚热带常绿阔叶林繁盛,火灾活动为气候控制为主的森林火灾,但火灾活动并未改变阔叶林的总体面貌;3100~600 cal.a B.P.期间,气候呈变干趋势,阔叶类木本植物显著减少,当地植被从亚热带常绿阔叶林转变为疏林草地和针叶类疏林,极可能是趋于冷干的气候环境的结果;大约600 cal.a B.P.之后,当地植被演变为开阔林,同时,出现大颗粒炭屑(>125μm)以及伴人花粉的明显增加,表明人类农业活动高强度的刀耕火种已经扩张到较高海拔山区。区域对比显示,西南地区在3500 cal.a B.P.以来,主要以区域性火灾为主,而3100 cal.a B.P.以后的火灾活动受到气候变干和人类活动的双重影响,特别是600 cal.a B.P.以来,人类活动(刀耕火种)成为局地火灾和植被更替的主要因素。

末次冰期以来中国西南地区火灾活动历史及其对植被生态系统的影响

我国西南地区森林火灾频发,多与人类活动有关。第四纪地质时期的火灾变化过程及与气候变化和人类活动之间的关系一直是学术界关注的焦点。本研究利用腾冲青海湖(25.1312°N,98.5731°E)和贵州草海湿地(26.8140°N,104.3405°E)沉积物岩芯(长度分别为4.6 m和4.05 m),进行炭屑和孢粉统计分析。在区域数据对比的基础上,试图重建中国西南地区约25 ka B.P.以来的火灾变化历史及植被的响应。研究结果表明,末次冰期(25.0~10.3 ka B.P.)与晚全新世(4.2~0 ka B.P.)时期森林火灾十分活跃,但两个阶段的火灾对植被的影响差异十分明显。末次冰期阶段(25.0~10.3 ka B.P.)区域内乔木类型以常绿硬叶栎、云杉/冷杉属等为主,这些地带性植被在末次冰期火灾增强时仍维持主要优势;而在晚全新世(4.2~0 ka B.P.)火灾增强阶段,次生林的桤木属、松属等则成为优势种属,草海记录中禾本科花粉在近2 ka B.P.以来也达到最大值,反映出人类活动的影响。高频率火灾导致原来在中全新世的顶级常绿阔叶林遭到反复焚烧,并难以恢复。通过对比区域火灾和气候记录,本研究认为西南地区末次冰期的火灾变化主要受控于干冷的气候条件,尤其是冰期夏季风减弱使区域内降水减少和湿度降低。中全新世时期(9.5~5.0 ka B.P.)季风增强,降雨充沛,火灾强度和频率降到最低。这些变化特征与石笋氧同位素基本一致。晚全新世的频繁火灾则与人类活动增强叠加于夏季风减弱有关,且前者成为引发森林火灾的最主要因素。本研究深入探讨了中国西南地区末次冰期以来火灾强度变化历史及其对植被的影响,揭示了自然与人为因素的火灾触发机制,为灾害预测、植物保护及区域规划等提供了新的数据。

全新世千年尺度大洪水沉积记录与ENSO驱动的极端气候变化

重建全新世大洪水的历史是探讨过去极端气候变化以及预测未来潜在自然灾害风险的关键内容.珠江水系是中国南方最大的河流系统,珠江三角洲曾被认为是世界上受洪水和风暴潮灾害影响最为脆弱的地区之一.然而,迄今为止在中国南方地区缺少千年尺度的洪水地质记录研究,从而难以从认识过去的角度来检验对未来百年甚至千年一遇大洪水灾害预测的可信度.本研究在珠江干流(西江)下游发现了一系列发育在厚层黑色泥炭腐木堆积中的灰白色黏土夹层,根据沉积序列对比、沉积物特征和物源分析结果,确定为洪水沉积.对每个洪水沉积层采用AMS14C方法进行了精确定年,揭示出西江下游在距今6000年以来至少发生了7次千年一遇规模的超级大洪水,平均再现期约为855年.西江流域特大洪水事件的发生均对应于较强的ENSO活动期,表明东亚夏季风减弱和ENSO增强是引发中国南方异常高降水和特大洪水灾害的重要原因.此外,珠江下游特大洪水事件的发生与中国中东部降水减少在时间上大致耦合,反映了全新世后半期中国东部经向分布的降水“三极”模式显著增强.在过去2100年,人类土地利用增强和森林破坏导致当地的原始植被生态系统迅速退化,水土流失导致大洪水的破坏力和灾难性增大,特别是宋代以后的洪水沉积层中含有丰富的水稻型禾本科花粉,反映洪水曾经淹没了大面积农用土地.此外,全新世古洪水事件不仅对流域内的人类生存造成危害,同时还影响着区域文明的演化.本研究揭露了全新世一系列千年一遇的特大洪水历史,证明了热带太平洋的海-气相互作用与亚热带季风气候变化对东亚降水异常的重要性,研究结果为预测未来的极端气候变化和洪水灾害提供了有价值的重要证据.

基于孢粉记录的亚洲季风湿润区6.8万年古气候变化定量重建

东亚季风降水的冰期-间冰期变率及其驱动机制一直备受关注和争议,然而在东亚季风湿润区内,具有完整的末次冰期以来古气候定量重建记录十分缺乏.本研究利用亚洲季风湿润区内的3个孢粉记录进行了古气候定量重建.结果表明6.8万年以来区域内的气候变化显著,年降雨量与年平均温度在末次冰盛期与全新世大暖期之间的差别可分别达到35%~51%与5~7℃.定量重建的降水记录揭示了H1与YD等快速气候变化期间东亚季风降水存在区域差异性,即印度季风影响下的中国西南部较为干燥的同时,中国中东部则表现为相对湿润.冰期-间冰期尺度下的降水记录综合变化趋势总体上与中国西南部和南亚地区的石笋δ^(18)O记录基本一致.气候重建结果还显示出MIS3降水变化对轨道太阳辐射的敏感性,尤其是南北半球间温度梯度对亚洲季风变率具有显著的影响.定量降水记录与瞬态模拟结果及主要气候强迫对比显示,在末次冰盛期过渡到全新世期间,降水的变化模式除了受控于太阳辐射变化外,还明显受到大西洋经向翻转环流事件的叠加影响.