新疆巴里坤湖8．8cal．kaBP以来植被演替的花粉记录

本文利用新疆东部巴里坤盆地内巴里坤湖的地层孢粉记录,结合14C定年,重建了该地区8.8cal.kaBP以来植被的演化历史。结果表明在8.8—8.0cal.kaBP、8.0—4.3cal.kaBP、4.3—3.8cal.kaBP、3.8—0.6cal.kaBP以及0.6calkaBP至今,植被分别经历了荒漠、荒漠草原/草原、荒漠、荒漠草原/草原再到荒漠的演化过程。研究区中全新世以来的这种植被变化模式与亚洲中部干旱区的其它研究记录具有很好的一致性。

西北干旱区人工扰动植被类型花粉组合特征

人类对现代植被的影响已经成为解释过去人类活动及其环境效应的关键问题。对西北干旱区40个农田和荒地表土样品花粉组合的研究表明:农田花粉平均浓度(7227粒/g)明显低于荒地(32,704粒/g);农田中农作物花粉含量高于荒地,但并不占绝对优势,农田花粉组合不仅反映农田本身的植被组成,而且还反映地方或区域植被组成状况;农田中灌木花粉含量低于荒地,杂草花粉类型比荒地丰富;藜科、蒿属、麻黄花粉都占有较高比例,普遍呈超代表性;不同的农作物花粉百分比指示该样品所在地或周围不同的农作物类型。聚类分析进一步表明了农田/荒地花粉组合特征的一致性:葡萄花粉在葡萄地的含量均相当高,而在其他植被类型中很少出现,花粉组合特征一致性较好;棉田棉花花粉含量低,其他植物花粉含量高,花粉组合特征与荒地相似,很难与荒地区分开来;如果农田和荒地比较接近,农田农作物花粉含量又比较低,则两种植被类型花粉组合特征就较为相似。

西藏普若岗日冰帽15世纪以来植被与生态环境变化的孢粉记录

本文提供西藏普若岗日冰芯高分辨率的孢粉记录,证实普若岗日冰帽15世纪以来植被主要经历由寒冷干旱荒漠草原向寒冷潮湿的草甸草原和温暖干旱草原发展的演替过程。在大约550年来植被与生态环境变化中,明显出现AD1500—1515年(7500—7300cm)、AD1565—1575年(7200—7000cm)以及AD1635—1640年(6300—6200cm)期间是当地土壤和空气较为湿润的时期,发育草甸草原植被。在AD1770—1800年(4700—4200cm)、AD1815—1825年(4000—3800cm)、AD1850—1865(3400—3200cm)以及AD1980年(500cm)以后是气温升高时期,气候温暖干燥,干旱草原植被逐渐扩大。冰芯记录的草原和草甸植被中主要植物花粉的百分含量与高原中部历年夏季温度呈正相关,推算最近150年内在19世纪70、90年代和20世纪90年代曾出现高于现今当地气温约1.9℃的高温期,而在19世纪60、80年代和20世纪初,20世纪50和60—70年代是相对寒冷的时期。过去100年中20世纪晚期的渐暖现象尤其明显,与整个青藏高原年平均温度显著相关,也与青藏高原记录的冰川缩小较一致。

新疆巴里坤湖粒度组分分解及其环境指示意义

选择位于西风影响区的天山东段巴里坤湖湖泊岩芯样品,对沉积物粒度组分进行经验正交函数(EOF)分解,并探讨各分量的环境意义。结果显示,EOF1组分与沉积物粒度小于2μm组分相关系数达0.64以上,并与代表区域有效湿度的碳酸盐氧同位素指标有很好的对应关系,故将EOF1解译为区域有效湿度的替代指标。EOF2组分与粒级为45～138μm的颗粒相关系数大于0.65,且该粒级范围与区域降尘概率曲线的粗颗粒部分相似,可能指示区域风沙强度。通过EOF分解所得到的两个组分显示中全新世为有效湿度较低、风沙活动较强的时段,这一结果与发生在以蒙古高原北部为中心的区域中全新世干旱事件有较好的对应关系。同时,西伯利亚高压的加强所导致的西风环流和冬季风的增强为风沙活动提供了较好的动力基础,因此亚洲内陆干旱区的干旱化和风动力条件的加强很可能是导致该区域中全新世风沙活动增强的主导因素。

利用珊瑚生长率重建西沙海域罗马暖期中期海温变化

珊瑚生长率是记录海水表层温度（SST）的一个重要代用指标。本文以南海中北部西沙永兴岛罗马暖期期间发育的3个澄黄滨珊瑚（Porites lutea）为材料,测量它们的骨骼生长率,并利用珊瑚骨骼生长率与SST的关系式定量重建海温年际变化序列。结果显示：3个滨珊瑚（生长于120-59BC、46BC-14AD和30BC-28AD期间）的平均生长率分别为0.88cm/a（变化于0.53~1.24cm/a之间）、0.90cm/a（变化于0.58~1.53cm/a之间）和1.12cm/a（变化于0.71~1.46cm/a之间）。据此重建同时段年平均SST,相应结果分别为26.7℃、26.8℃和27.3℃。2kaBP前后（120-59BC,46BC-28AD）西沙海域平均SST为26.9±0.4℃,低于现代（1981-2010AD）约0.7℃。

新疆东部全新世气候变化特征——以巴里坤湖为例

巴里坤湖泊沉积地层较好地记录了北疆东部地区全新世以来的气候变化。通过对沉积物粒度组分及碳酸盐含量的测量分析,结合测年结果,得出北疆东部地区全新世以来气候环境变化大致经历了5个阶段:(1)8700cal.aBP以前,为全新世早期,环境变干;(2)8700～8200cal.aBP,为一过渡期,湖泊面积扩大;(3)8200～7700cal.aBP,气候以变湿为主要特点,波动较大;(4)7700～2400cal.aBP,气候较为湿润,期间存在一次明显的突发强干旱事件;(5)2400cal.aBP以来,气候转干,剖面顶部指标指示环境恶化。区域气候变化以干湿为主要特点,5500～6000cal.aBP期间的突发气候事件在大区域上与其他记录对应较好。

巴里坤湖孢粉浓缩物^(14)C测年可行性研究

14C测年是湖泊沉积物定年的主要方法之一,随着对过去气候环境变化的深入研究,对于湖泊样品中的年代要求更高,而不同的测年物质的14C定年结果,会有不同的误差。通过对巴里坤湖部分样品,分别进行块状样有机质、陆生高等植物残体以及孢粉浓缩物定年比较,以探讨干旱区湖泊中14C定年的方法。测试结果表明:孢粉浓缩物与陆生高等植物残体的测年值极为接近,在西北干旱区湖泊测年过程中,孢粉浓缩物有望成为一种可靠的测年材料。在探讨湖泊沉积物年代的"碳库"效应时,孢粉浓缩物定年可能会成为一种有效的方法。

新疆巴里坤湖沉积物的碳酸盐分析

干旱区湖泊沉积物中的碳酸盐来源复杂,对于封闭的巴里坤湖而言,风力搬运入湖的碳酸盐含量不可忽视。根据计算,在湖泊的中间区域外源风成碳酸盐含量小于总碳酸盐含量的10%,X射线衍射半定量分析结果也支持这一结论。巴里坤湖泊表层沉积物碳酸盐矿物主要以文石和方解石为主,存在一定量的镁方解石,部分方解石为外源风成碳酸盐。生物活动、风场变化、水位变化以及湖泊水物理化学性质控制着湖泊碳酸盐分布的格局。因此,在利用碳酸盐重建古气候记录时需综合考虑。

利用珊瑚生长率重建西沙海域工业革命以来的海温变化

以南海北部西沙群岛永兴岛发育的澄黄滨珊瑚(Porites lutea)为材料,构建了珊瑚骨骼生长率温度计,并以此为基础重建了工业革命以来(1880―2007年)西沙海域SST变化序列。结果发现:1880―2007年,西沙海域SST的波动范围26.1~28.5℃,平均值为27.27℃。1880―1892年为降温期,西沙海域SST波动下降,在1892年达到近百年来的最低值(26.1℃)。1893―1935年为西沙海域SST低温平台期,SST以波动为主;1936―1957年西沙海域SST先升后降,变化呈单峰模式。1957―2003年,SST呈现快速增温趋势。2003―2007年,西沙海域SST出现"增温停滞"现象。在年代际尺度上,西沙海域SST的整体变化模式可能受气候系统准60 a周期调控。在年际尺度上,冬季风强度、火山活动以及ENSO等共同对西沙海域SST产生影响。人类活动导致的全球增暖可能在1957年之后才成为西沙海域SST增温的主要驱动因素。2003―2007年西沙海域出现的降温趋势是对全球"增温停滞"的响应,是自然强迫和人为强迫相互作用的结果,西沙海域SST这种短暂的降温趋势很可能随着自然强迫作用的减弱而重新被增温模式所代替。

环礁潟湖沉积物重建南沙群岛小冰期以来的热带气旋活动

热带气旋活动以及由此产生的风暴潮和强降雨对南海及周边沿海地区社会经济构成巨大威胁。对器测记录之前全新世热带气旋的研究有助于准确预测全球变暖背景下热带气旋活动的变化趋势。本文利用南沙群岛安乐礁潟湖沉积物重建了小冰期以来准年分辨率的热带气旋活动,共识别28个风暴事件层。研究表明,小冰期以来,南沙群岛安乐礁热带气旋活动在年代际到百年尺度上频繁变化,发育两个主要的风暴活跃期。在小冰期早期(AD1471—1620)经历了最为强烈的风暴活跃期,另一个风暴活跃期位于现代暖期的AD 1930—1960,风暴活动虽有所加强,但明显低于小冰期早期。与同期永暑礁重建结果的对比表明,热带气旋活动存在明显的时空差异性,更多来自相近区域的高分辨率风暴记录可有效降低古风暴活动重建的不确定性,提高重建记录的准确度。

南海黄岩岛珊瑚记录的1780-2013年的表层海温年代际变化特征

基于南海中部黄岩岛滨珊瑚生长率与表层海温距平(SSTA)的正相关关系,重建了1780-2013年(共234年)黄岩岛海域SSTA年际变化序列。结果表明,1780-1890年SSTA总体偏低,平均为-0.2℃,最低SSTA为-1℃(1837年),对应于小冰期晚期;1890年以来SSTA总体呈阶段性上升,其中1971-1998年升温最快,1998年达到峰值(2℃),之后SSTA略呈下降趋势,冷暖变化与北半球陆地温度变化基本是同步的。频谱分析显示,黄岩岛海域SSTA在过去234年主要呈现出26~34 a的冷暖周期波动,其相位转变基本与太平洋年代际振荡冷-暖位相同步。近234年来南海中部黄岩岛海域SSTA的年代际变率并不是持续不变的,1890年以来该海域SST年代际变率出现明显增强,可能与全球变暖导致的海洋内部变率的变化有关。考虑到热带西南太平洋SST年代际变率同样在1890年也发生了一次转变,我们认为这些证据可能指示了整个热带太平洋内部变率在1890年以后发生了一次转变。

西沙群岛基底火山碎屑岩中单斜辉石的矿物化学特征及其地质意义

本文利用电子探针对南海西沙群岛琛航岛珊瑚礁底部火山碎屑岩中的单斜辉石矿物的化学特征进行了研究。结果表明,该单斜辉石属于富钙透辉石,部分有正环带结构,从核部到边部Ca、Fe、Ti的含量逐渐增加,是岩浆正常结晶顺序的反映,说明该区域的岩浆演化是向着富Ca、Fe、Ti方向发展的。主量元素数据显示,单斜辉石具有低Si高Al的特征(SiO2=41.40%~48.44%,Al2O3=5.54%~10.20%),且AlⅣ含量较高,说明母岩浆为不饱和碱性岩浆系列;此外,单斜辉石Ca含量偏高,Ca/(Ca+Mg+Fe)值在46.1%~51.4%之间,推测是母岩浆的高Ca含量导致了大量高钙辉石的产出。结合西沙海域的地震和构造资料,推测琛航岛珊瑚礁的基底是玄武质火山碎屑岩组成的平顶状海山,系岩浆穿过断裂发育的岩石圈层在西沙群岛的海底喷发,随后火山碎屑物质经过堆积、固结作用而形成;该火山碎屑岩的原岩为板内碱性玄武岩。

三沙市美济礁滨珊瑚记录的近百年海面温度变化

利用南沙群岛美济礁滨珊瑚Sr/Ca建立与海面温度(SST)的关系式,后报近百年南沙群岛海区高分辨率的SST序列。结果显示:美济礁近百年SST的年平均值为28.4℃,最高值为29.2℃(1998 AD),最低值为27.6℃(1917 AD),相差1.6℃。近百年SST呈增暖趋势,升温速率为0.025℃/10 a,但存在年代际的温度波动,其中1906―1927 AD呈降温态势,1928―1938 AD呈增温态势,1939―1957 AD呈降温态势,1958年后SST呈波动上升趋势。近百年SST呈现3.5 a、33 a周期,显示受ENSO和太平洋年代际涛动(PDO)影响。

近165年来中沙环礁中北暗沙滨珊瑚生长率及其对海温变化的响应

海水温度是控制珊瑚生长的关键环境因素之一,随着全球气候变暖,海温持续升高已成为珊瑚生长面临的全球性威胁。文章对采自中沙环礁中北暗沙水深约16m的澄黄滨珊瑚岩心样品开展了生长率分析,揭示出中沙环礁滨珊瑚近165年来的生长历史及变化规律;并通过与西沙群岛永兴岛滨珊瑚生长率的对比,探讨了南海中部滨珊瑚生长的区域差异及其对海温升高的响应关系。过去100多年来中北暗沙和永兴岛海区的平均海温分别为(27.4±0.37)℃和(27.09±0.36)℃,两个海区的海温均呈线性升高趋势,升温速率一致,约为0.43℃·ha^(-1)。过去100多年间中北暗沙和永兴岛滨珊瑚的平均生长率分别为(0.70±0.16)cm·a^(-1)和(1.19±0.16)cm·a^(-1),但中北暗沙滨珊瑚生长率呈线性下降趋势,下降速率约为9.4%·ha^(-1);而永兴岛滨珊瑚生长率呈线性上升趋势,增长速率约为10.9%·ha^(-1)。过去100多年间两个礁区的滨珊瑚生长率均存在年代际波动,大致与海温的年代际波动对应。两个礁区滨珊瑚生长率与海温在趋势上呈现非线性响应关系,存在滨珊瑚生长的最适宜温度约为27.25℃,过去100多年来中北暗沙海域海温的增温趋势已经超出了滨珊瑚生长的适宜海温范围,限制了滨珊瑚的生长趋势,而永兴岛海域海温仍适宜滨珊瑚的生长。在年代际波动上两个礁区滨珊瑚生长率与海温存在线性正相关关系,海温的年代际增温有利于滨珊瑚生长。在南海未来持续海水升温的情况下,中北暗沙珊瑚生长的下降趋势将会进一步加剧,并将严重威胁中沙珊瑚礁生态系统的维持和发展。

造礁珊瑚碳、氮、硼同位素的海洋酸化指示意义

大气CO_2体积分数升高导致的海洋酸化不仅会降低海水p H,还会改变其碳酸盐平衡体系,使得海水中文石饱和度(Ω)降低,相应地会降低珊瑚钙化的速率。已有研究表明:珊瑚骨骼δ^(11)3C、δ^(11)B和δ^(15)N具有记录Suess Effect、生物生产力、海水p H值以及营养源的能力;主要表现为:δ^(11)B记录的p H值、δ^(11)3C记录的海水无机碳库(DIC)δ^(11)3C和生物生产力,以及δ^(15)N记录的陆源物质输送量相结合,可用来指示受季风影响的南海"大陆架碳泵"和近海污染与海洋酸化的联系。目前关于珊瑚对海洋酸化的记录研究仍相对较少,珊瑚碳-氮-硼同位素组合的应用将会加深对于海洋酸化与气候变率和全球碳、氮循环的关系的认识,可能成为揭示海水p H值变化规律性的重要手段。

南海滨珊瑚骨骼密度带的季节特征及其主要环境影响因素

滨珊瑚(Porites)是南海造礁石珊瑚群落的主要优势种之一,广泛应用于珊瑚礁生态以及高分辨率气候环境响应和重建研究。滨珊瑚不同季节生长形成的骨骼密度条带是开展相关研究的重要基础,而前人对于滨珊瑚骨骼密度带季节性的认识多是基于单一地点的样品,存在地域的差别或矛盾。选取南海不同地点典型珊瑚礁区包括北部海南文昌、中部西沙群岛永兴岛和盘石屿、南部南沙群岛美济礁的4个现代活体滨珊瑚骨骼样品,利用数字影像分析方法以及电感耦合等离子体原子发射光谱和气体稳定同位素比质谱仪分别分析了滨珊瑚骨骼密度条带影像灰度和地化指标(Sr/Ca和δ^(18)O)。结果显示,滨珊瑚样品骨骼密度和地化指标都呈现显著的季节变化。结合海温数据,揭示出样品骨骼密度带季节特征的地域差异,其中,北部文昌滨珊瑚样品骨骼高密度带形成于夏季,低密度带形成于冬季;中部永兴岛样品高密度带形成于秋季,低密度带形成于春季;盘石屿样品高密度带形成于春季,低密度带形成于秋季;南部美济礁样品高密度带形成于冬季,低密度带形成于夏季。采用广义加性混合模型进一步分析了滨珊瑚样品骨骼密度与3个主要环境影响因子(海温、光照和盐度)的响应关系。结果表明:不同地点滨珊瑚样品的骨骼密度与主要环境因子的关系也各有不同,考虑样品个体和地点的随机效应,4个地点滨珊瑚样品的骨骼密度整体上与海温和光照存在非线性响应关系,反映了在南海大空间尺度上,海温和光照可能是影响滨珊瑚样品骨骼密度季节变化的主要环境因素。

南沙群岛现代滨珊瑚骨骼Sr/Ca、δ^(18)O和δ^(13)C对极端高温事件响应

以南沙群岛永暑礁的现代滨珊瑚YSL24(生长时间为1985-1999年)与YSL2A(生长时间为1971-1999年)为材料,通过对其骨骼开展高分辨率的Sr/Ca、^(18)δO和^(13)δC分析,探讨其对极端高温事件的响应特征。有记录表明,1971-1999年,南海南部在1973、1983和1998年发生了极端高温事件,滨珊瑚骨骼Sr/Ca序列清楚地记录了这3次高温事件,其相应条带Sr/Ca周期数值显著低于序列其他年份。而^(18)δO对高温事件的响应不太明显,其原因可能与^(18)δO序列同时受温度和盐度变化的影响有关。^(13)δC在这3个高温年份均在夏季发生了异常负偏,应该是由高温胁迫下共生藻光合作用强度下降所致。因此,珊瑚骨骼的Sr/Ca和^(13)δC对南沙群岛高温胁迫具有明显的响应,可作为记录过去白化事件的可靠指标。

孢粉记录的新疆巴里坤湖16.7cal ka BP以来的植被与环境

通过对新疆巴里坤湖的地层剖面进行的精确定年和孢粉分析,结合现代表土孢粉数据,重建了该地区16.7cal ka BP以来的植被和环境演化历史.结果表明,在末次冰消期及早全新世(16.7～7.9cal ka BP)研究区以荒漠植被为主,A/C值所指示的有效湿度明显偏低,气候干旱.其中在16.7～8.9cal ka BP期间,气候环境最为恶劣;8.9～7.9cal ka BP为气候环境逐渐改善的过渡期.研究区在中全新世(7.9～4.3cal ka BP)为荒漠草原/草原,有效湿度明显升高,气候环境相对最为适宜,湖泊周围高地可能有片状的桦木林地出现.在4.3～3.8cal ka BP这一短暂时期,研究区植被由荒漠草原/草原迅速转变为荒漠,有效湿度显著降低,可能是一次百年尺度的干旱气候事件.研究区在晚全新世(3.8～0.53cal ka BP)呈现出典型的荒漠草原/草原草甸景观,有效湿度相对较高,气候环境相对较为适宜;0.53cal ka BP以来,呈现荒漠植被景观.区域对比显示,该地区16.7cal ka BP以来的气候环境演化特征与东亚季风影响区有着明显的差异,在末次冰消期-早全新世气候干旱,中全新世-晚全新世气候相对湿润.

新疆东部托勒库勒湖流域表土花粉初步分析

研究现代表土花粉谱与植被及气候的关系对正确解译地层花粉所指示的植被演化历史以及生态环境具有重要意义。本文首次选取新疆东部托勒库勒湖盆地开展现代表土花粉与植被关系的分析。结果发现各个植被带的花粉组合与其主要植物成分具有良好的对应关系。湖泊表层样品的花粉组合是区域植被组成的综合反映;莎草科花粉主要出现在草甸中;禾本科是湖边草原中重要的花粉类型,该科花粉呈现出明显的低代表性;藜科和蒿属是荒漠草原植被中两种最主要的花粉类型;白刺属主要出现在低洼平坦的湖边,该属植物的分布与水源有着密切的关系;在采自砾漠的样品中,菊科、麻黄属成为两种最主要的花粉类型,这对解释地质时期该湖地层中两种花粉组合所指示的植被演化和生态意义具有重要作用。

新疆托勒库勒湖孢粉记录的4．2kaBP气候事件

发生在大约4200年前的一场持续干旱可能是当时史前文明快速衰落的重要推手,这在全球许多区域均有记录,但在中国西北干旱区是否存在该事件依然缺乏有力证据。本文通过分析托勒库勒湖沉积地层的孢粉,发现新疆地区也存在类似4.2 ka BP气候事件的记录。4.5—3.8 cal ka BP期间的孢粉谱与前后时段相比有显著差异,禾本科和蒿属花粉含量快速降低、藜科急剧增加、A/C值降低;区域环境短期内变得极为寒冷-干旱,先前的草原/荒漠草原演化为荒漠。对比也发现,尽管这一事件在不同研究点的开始和结束时间略有差异,但变化特征具有较好的一致性。目前,关于这次事件的驱动机制仍不清楚,还需在新疆及其他敏感区域开展更多古气候研究。