上新世-第四纪亚洲内陆干旱化过程——柴达木中部鸭湖剖面孢粉和盐类化学指标证据

亚洲内陆干旱区是与亚洲季风区密切关联的一个环境系统,其形成演化与青藏高原的隆起和全球变化等因素密切相关,揭示其干旱化过程和趋势具有重大的理论和现实意义。文章通过对亚洲内陆干旱区柴达木盆地中央鸭湖剖面孢粉和盐类化学指标的初步研究,表明5.3Ma时湖泊周围已分布着以蒿属、藜科、麻黄、禾本科等为主的草原,气候已经变干,由此期较高的氯离子、硫酸根离子及碳酸钙含量表明湖泊演化处于沉积碳酸盐和少量硫酸盐阶段;3.4Ma后草本植物含量略有增加,但离子含量普遍降低,推测气候季节性增强;2.6Ma后耐旱植物花粉含量与盐度指标均呈现明显长期增加趋势,气候快速向更干旱方向发展。

柯鲁克湖水化学特征分析

柯鲁克湖目前是柴达木盆地内唯一的淡水湖。2012年10月采集了柯鲁克湖不同方向的表层湖水,分析了其总溶解固体(TDS)、p H、硬度及化学成分,与入湖河流性质进行对比,探讨了湖水的物质来源及影响因素。柯鲁克湖湖水整体呈弱碱性,属于硬度较高的淡水,湖水类型为Cl-·SO42--Na+·Ca2+型或以O.A.阿列金分类为[Cl]NaⅢ型水。p H值的整体变化较小,TDS及硬度在东西采样方向上变化显著。因降雨量小,湖水成分主要来源于地表河流及地下水输入的岩石风化产物。巴音河为主要入湖河流,河水性质不同于柯鲁克湖,属于HCO3--Ca2+型,造成两者差异的原因在于湖水发生强烈的蒸发-浓缩,湖水中的Ca2+和HCO3-以碳酸盐矿物的形式析出。

总有机碳同位素组成在古环境研究中的应用

沉积物或动物化石中的总有机碳同位素组成记录了当时生态植被状况及气候环境信息,对有机碳同位素指标的研究可解译其蕴含的地质历史时期气候和构造事件及变化特征、定量重建古生态系统中植被结构、推断C_4植物的起源、扩张等,应用甚为广泛。本文主要概述了总有机碳同位素在古环境研究中应用的基本原理,介绍了在各类载体中获取其数据的实验方法步骤,对其在古环境研究中的地位与作用以例证说明,展示其应用的大好前景。

印度季风演化在中国川西高原碳酸盐记录上的反映

通过分析甘孜黄土1.15 Ma以来的高分辨率碳酸盐记录,发现0.65 Ma以前川西地区受到印度季风强烈稳定的影响,降水丰沛,气候湿润;0.65 Ma以后,尤其是0.50 Ma以后印度季风对该地区的影响开始逐步减弱,气候开始向干旱化方向发展.

黄土研究历史回顾与进展

黄土高原连续堆积的风尘序列是古气候的良好载体,详细而真实地记录了古环境演化的信息。本文从黄土的成因、黄土地层、土壤学、气候和环境研究等方面回顾了黄土研究的历史,并对其研究进展进行了简单的评述。

黄土高原风成堆积物中方解石与白云石的区分方法

黄土高原风成堆积物中的碳酸盐主要由方解石和白云石组成,通过不同浓度的HAC与HCl溶液对高纯度的方解石、白云石和典型黄土-红粘土剖面的黄土、古土壤以及红粘土样品进行了系统的可行性验证分析,结果表明:使用合适浓度的HAC与HCl(≤3%)作为分析用酸,EDTA滴定的方法能够准确地测定碳酸盐中的方解石与白云石的含量。

临夏盆地1.95MaBP的气候转型事件与青藏高原隆升作用于大气的临界高度

湖相地层孢粉分析的结果表明,临夏盆地在1.95Ma B.P.前后发生过一次重要的气候转型事件。在此之前,南海热带季风信号在地层记录中存在较强的表现,在此之后热带季风信号减弱而高纬冰盖信号加强。CaCO3指标的周期分析同样表明,在1.95MaBP前后确实出现了气候的主导周期转型,在此之前,气候变化周期以类岁差的25kyr周期为主,而在此之后,以类倾角的38kyr周期为主。发生在临夏盆地1.95MaBP的这次气候转型事件表明青藏高原地面在当时隆升到一个可以改变周围地区大气环流的临界高度,如果以青藏高原在2.6Ma B.P.-0.6Ma B.P.的平均抬升速率推算,这一临界高度可能在2500m左右。

云南新生代孢粉组合与气候环境演变

新生代全球的气候与植被经历了显著变化。系统开展云南新生代植被与气候的研究将为理解青藏高原隆升和印度季风起源与演化提供重要的信息。总结了近几十年来云南的新生代孢粉记录,重建了除始新世以外的云南新生代植被与气候的大致变化,并划分出9个孢粉组合带:古新世为榆粉属-麻黄粉属-希指蕨孢组合,植被是以落叶阔叶植物为主的常绿落叶阔叶混交林,气候偏干旱;早中渐新世时为栎粉属-桤木粉属-松科-水龙骨科组合,植被为亚热带常绿阔叶林,气候温暖湿润;晚渐新世—早中新世针叶林增多,气候有所变凉,为松科-栎粉属-水龙骨科组合;中中新世为壳斗科-桤木属-水龙骨科-松科组合,壳斗科和喜湿热的蕨类植物含量高,反映了暖湿的中中新世气候环境;晚中新世—早上新世为壳斗科-松科-桤木属-草本植物组合,早期气候温暖湿润,晚期针叶林和草本植物增多,气候有冷干化趋势;中上新世为栎属-松科-水龙骨科组合,热带亚热带的科属增加,气候暖湿;晚上新世为松科-栎属-草本植物组合,针叶林和草本植物扩张,气候有冷干化的趋势;更新世为松科-草本植物-栎属组合,针叶林和草本植物增多,气候进一步冷干化;全新世为松科-栎属组合,气候总体回暖,以中期最为暖湿。上述云南孢粉植物群的变化特征揭示了全球温度是控制云南植被长期变化的主要因素,晚渐新世—早中新世的变冷与青藏高原隆升有关,而晚中新世以来的冷干化是全球变冷和高原隆升叠加的结果。已有的研究显示云南古近纪的孢粉研究明显不足,部分地层仍存在时代争议,因此,认为今后在解决地层年代学的基础上,应重点加强云南古近纪孢粉的研究工作。

中中新世气候适宜期西北内陆干旱区气候演化特征

中中新世气候适宜期是距离现今最近的一个未受人类活动影响的气候适宜阶段,现有记录大多显示全球在中中新世气候适宜期期间气候以暖湿为特征。我国西北内陆干旱区作为北半球中纬度面积最大的干旱带的重要组成部分,其气候如何响应全球中中新世气候适宜期的气候变化对预测全球变暖背景下西北内陆干旱区气候变化趋势及实现生态建设具有重要的指导意义。本文总结了西北内陆干旱区具有年代控制的15个剖面的孢粉、同位素、磁化率等19项记录,并选取各记录中指示意义明确的气候代用指标进行集成、分析,发现多数剖面在中中新世气候适宜期的不同时段出现了湿润化特征,但湿润化的出现、结束时间不同,自西向东,湿润事件结束(或适宜期后干旱化增强事件出现)的时间变晚。推测西北内陆干旱区中中新世气候适宜期的气候演化主要受全球气候变化影响,但湿润事件结束或适宜期后干旱化增强事件出现及其呈现出的时空差异则受区域构造活动及气候系统等因素控制。

黄土高原中部1.5 Ma以来古生态环境演化的孢粉记录

通过对黄土高原中部朝那黄土-古土壤剖面的孢粉研究,揭示出1.5Ma以来蒿属、藜科等旱生草本与松、桦、栎等乔木花粉含量在黄土-古土壤序列中呈现有规律的互为消长的变化,指示了冰期-间冰期的冷干-暖湿旋回,其中过去无机指标所指示的上、下粉砂层(L9和L15)的两次极端干冷事件,植被变化表明其干冷程度与其他冰期黄土沉积时期相似.从长期演化趋势上来看,以0.95和0.5 MaBP为界,可以分为3个阶段,古生态环境经历了两次阶段性剧烈变化,植被由早期的森林草原转变为中期的疏林草原继而演变为后期的草原,指示了黄土高原阶段性的干旱化过程.

兰州盆地44～15Ma地层的有机碳同位素记录

沉积物中有机碳同位素组成是重建古环境变化的有效指标,但陆地长序列的有机碳同位素记录目前较为罕见.本文选取兰州盆地已具古地磁测年的永登剖面（厚度为330～1310m部分,年代介于44～ 15Ma）进行了有机碳同位素分析,结果表明44Ma开始其值先逐渐偏重后变轻（平均-24.6‰）,至33.2Ma突然变重后维持相对稳定的高值（平均-23.7‰）,再至25.5Ma后又变轻（-24.4‰）,与全球氧同位素从长期演化趋势以及事件上均呈现出较一致的对应关系,即与温度之间存在负相关.这表明兰州盆地中始新世-中中新世期间有机碳同位素变化可能受控于全球温度变化,温度的改变可能影响了陆源C3植物与湖泊内生沉水和挺水植物对有机质的相对贡献比例,确切的机制理解有待其他指标的辅助研究.

不同气候带内早更新世湖相沉积孢粉记录的环境对比

通过对位于非季风区的柴达木盆地、过渡区的临夏盆地两个早更新世典型湖相沉积剖面孢粉记录的研究,揭示出早更新世柴达木盆地地带性植被整体以疏林草原/草原为主,临夏盆地早期为柏疏林草原后演变为针叶林/针叶林草原而后又演变为疏林草原;已有的季风区黄土高原孢粉资料表明三门古湖早期为疏林草原后演变为松林/针阔混交林,泥河湾古湖为针叶林后演变为亚热带常绿阔叶林,表明早更新世时自西向东湿润程度增加,并且各地气候都较现在湿润,暗示着当时存在较强的东亚夏季风.

酒西盆地晚第三纪-第四纪早期植被与气候变化

青藏高原正北缘河西走廊山前凹陷带玉门老君庙剖面13.0～2.21.Ma期间的孢粉记录研究揭示出:早在13.0～11.15 Ma,该研究区生态环境已为草原植被和半湿润的气候;11.16～8.60Ma,植被类型可能是以柏科为建群种的森林,气候较温暖湿润;从8.60 Ma干旱气候和草原植被开始发育,虽然干旱化曾在8.40～6.93(森林草原,温暖半湿润)、6.64～5.67(疏林草原,较温暖半湿润)和5.42～4.96 Ma(草原,半干旱)几度缓解,但经过6.93～6.64,5.67-5.42和3.66～3.30 Ma几次干旱事件的频繁发生使该区气候越来越干旱,特别是在3.66～3.30和2.56 Ma两次显著增强后,植被最终演化为干旱型的荒漠.

黄土高原陇东盆地朝那红黏土8．1～2．6Ma的孢粉记录

晚中新世至上新世是当代东亚季风系统和中国西北现代生态环境格局形成演化的关键时期.文中通过对黄土高原陇东盆地朝那剖面8.1～2.6Ma期间的孢粉记录研究,建立了这期间古生态环境序列.在8.10～6.73Ma期间,地带性植被可能是以禾本科为优势种的疏林草原,在山地有雪松、松等山地针叶林分布,推测为暖温带半湿润气候.在6.73～5.67Ma期间,植被类型可能是森林草原,以榆为主,伴生着栎、柳、胡桃、桦的阔叶杂木林和以禾本科为优势种的禾草草原发育,反映气候温暖较湿润.在5.67～3.71Ma期间,蒿、禾草草原和松、云杉针叶林发育,山地气候温凉湿润,丘陵和低地温暖半干旱.其中,在4.61～4.07Ma期间曾一度温暖较湿润.在3.71～2.58Ma期间,地带性植被可能为柏疏林,林中混生有榆,尤其是早先一直存在的反映温暖环境的雪松和铁杉此时消失,反映环境较前期有较大的改变,气候季节性明显增强.

青藏高原北部始新世孢粉记录与古环境变化

青藏高原隆起前始新世我国西北内陆的植被生态景观和气候状况对理解青藏高原的隆升和亚洲季风与现代西北干旱气候环境的起源和演化可提供重要的背景信息。通过对位于青藏高原北部边缘酒泉盆地西端火烧沟剖面孢粉记录的研究，揭示出始新世中晚期（40.2-33.4Ma）我国西北内陆总体为显著的行星风系下北亚热带副高控制下的干旱-半干旱荒漠植被生态景观，具体可以划分为4个组合带：白刺粉属-藜粉属-松科花粉组合带（40.2-37.9Ma）；藜粉属-白刺粉属组合带（37.9-34.6Ma）；单、双束松粉属-藜粉属组合带（34.6-33.9Ma）；藜粉属-白刺粉属组合带（33.9-33.4Ma）。各个组合带中喜热分子与耐旱分子含量之间呈现反相关性，即在温度降低时干旱加强，反之则减弱，推测温度降低时全球大气水汽减少，或者南极间歇性冰盖形成所导致的不均一性降温迫使行星风系带向北移动，副高中心靠近研究区，可能是造成干旱增强的原因，反之则干旱减弱。

黄土高原北部保德孢粉记录及早上新世夏季风强盛

黄土高原风尘红黏土序列是我国晚中新世-上新世重要的气候环境变化载体,对揭示该时期仍存在争论的季风演化及其驱动机制具有重要意义.通过对黄土高原北部保德上新世孢粉研究,发现其生态环境经历了5.6～4.4Ma温暖湿润的森林草原,4.4～3.5Ma温暖偏干的疏树草原,到3.5～3.05Ma干草原,3.05～2.8Ma森林草原的演变过程.与已发表的高原中南部记录进行时空对比,发现～3.5Ma之前乔木含量普遍较高且存在南北梯度变化,表明黄土高原早上新世处于强夏季风控制之下,对应全球冰量低值期,指示全球变化对东亚夏季风的驱动作用在那时已经存在.

青藏高原北部柴达木盆地中新世菌孢子变化及其意义初探

孢粉学-气候环境变化研究往往只注重高等植物孢子花粉（孢粉）的组合变化，对孢粉提取物中通常存在的一类低等植物孢子菌孢子的报道却很少，其类型和含量变化特征以及可能蕴含的古气候环境信息有待发掘。位于青藏高原北部的柴达木盆地西部（柴西）中新世KC-1孔是探讨晚新生代亚洲内陆气候环境变化的重要钻孔，本文首次建立了该钻孔中菌孢子的变化序列并尝试探讨其气候环境指示意义。结果表明：菌孢子类型较为单调，以单体型（single—celled）为主，其他类型比如双体型（double—celled）和多体型（multi—celled）含量很少；菌孢子浓度变化在18—5Ma之间整体呈现增加趋势。推测这种增加的趋势可能与持续变干的气候有关，即在变于背景下，湖体盐度的增高增强了还原环境，从而有利于菌孢子的保存。其中，菌孢子浓度在14Ma和10Ma呈现两阶段增加的特征，前者与全球中中新世气候最佳期的结束对应；后者则与该地区进一步的变干以及青藏高原强烈的构造运动导致沉积环境更加有利于菌孢子的富集有关。综上，菌孢子的含量变化可能同样有利于解译过去气候环境变化，是孢粉学研究中不宜忽略的部分。

4100万年印度季风增强和扩张的古地理控制

印度季风是亚洲季风的主要水汽来源.但截至目前我们对印度季风的形成演化和内在驱动机制的理解仍十分有限.有关印度季风新生代早期形成的报道均在热带季风区,受控于赤道辐合带的季节摆动,而与青藏高原隆起无关.然而,此区以外准确定年的印度季风记录对于揭示印度季风如何扩展并了解其驱动因素至关重要.位于亚热带云南的古环境记录揭示始新世早期的干旱气候环境在4100万年时突变为季节性湿润环境,指示印度季风在4100万年时已到该区.综合集成分析认为印度与亚洲板块的完全碰撞及其导致的古地理巨变(新特提斯海关闭、副特提斯海急退、高原南部边界快速北移和高原中部隆升),可能共同推动了印度季风在约4100万年时的增强和向北扩展.