中中新世气候适宜期全球变暖背景下亚洲内陆干旱区古气候演化特征及驱动机制

中中新世气候适宜期是新生代全球降温趋势下一次强烈的全球升温事件,其气候状态被认为是未来全球变暖最可能达到的状态。亚洲内陆干旱区是全球典型的中纬度干旱区,其干旱化过程对人类生存环境影响最为深刻、最为直接。在全球变暖背景下,叠加人类活动的影响,干旱区变得更加脆弱,其扩张或变迁都会直接影响人类的生存和可持续发展。探讨亚洲内陆干旱区在中中新世全球气候变暖背景下的气候演化历史,对未来气候变暖模式下干旱区的气候变化预估提供重要参考。本文梳理了亚洲内陆干旱区典型盆地现有中中新世期间古气候演化研究结果,通过环境磁学参数、孢粉、同位素等多种气候代用指标的综合分析,发现在中中新世期间,多数地区呈现湿润化,但开始的时间有所差异,同时,少量地区呈现持续干旱化的现象。另一方面,对中中新世适宜期形成的主控因素依然存在较大争议,有的学者认为哥伦比亚玄武岩喷发是主要因素,有的学者认为构造活动是主要因素。要解决上述争议,需要获取更多具有精确年代控制的高分辨率记录,以确定中中新世升温事件的起始响应时间。通过正确解译气候代用指标,特别是对古气候变化响应最为直接和敏感的孢粉,以及环境磁学参数和地球化学比值等蕴含的古环境信息,厘清各种因素对气候变化造成的影响,揭示亚洲内陆干旱区中中新世气候适宜期气候演化的驱动机制。

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。

柴达木盆地中新统长石类矿物的特征及其构造与气候意义

中新世气候变化特征是新生代以来全球整体变冷过程的一个特例,特别是早-中中新世气候变暖更是显著地改变了变冷的节奏,变暖在中中新世气候适宜期(MMCO)达到顶峰;中中新世气候转型(MMCT)开始又回归了“正常的”整体变冷趋势。MMCO作为全球变冷的“扰动”事件,对全球变暖背景下气候变化趋势预测的准确性有重要的指示意义,但是它对于中国区域气候的影响仍然不清。本研究对柴达木盆地花土沟剖面20.0~11.3 Ma之间(厚度3135 m)以约0.1 Ma间隔取样,分析长石类矿物中钾长石、斜长石含量等开展区域化学风化研究,试图找到矿物组成变化对于MMCO及MMCT的响应。结果显示,沉积物斜长石和钾长石的含量明显低于地表平均含量,而且粉砂质颗粒中钾长石/斜长石值变化范围为0.24~1.08,平均值0.75,明显高于地表物质中两种矿物的平均比值(0.32);其变化曲线记录了中新世早期全球变暖→MMCT整个过程区域环境变化的痕迹。中新世早期随全球气温的升高,柴达木盆地土壤水分含量提高,在17.4~15.0 Ma之间达到高峰,MMCT开始后区域降水明显降低,钾长石/斜长石值同时受到区域构造运动引起的物源变化的影响。研究显示,上地壳含量最高的长石类矿物在沉积物中的变化特征,能够敏感地指示受土壤湿度影响的化学风化程度,也就能够在一定程度上暗示区域气候变化过程及构造运动特征;而长石类矿物在上地壳的普遍存在也为进行气候变化全球对比及数据同化等提供了一种简单、经济、便捷的方法。

广东雷州半岛晚渐新世—早更新世孢粉共存因子分析及古气候变化重建

广东省雷州半岛新生代钻孔ZKA01揭露的地层序列自下向上为渐新统涠洲组、中新统下洋组、角尾组、灯楼角组、上新统望楼港组、下更新统湛江组和中更新统北海组,涠洲组—望楼港组为滨浅海沉积,湛江组和北海组为陆相河湖相沉积。本文在ZKA01钻孔地层中自下向上88个层位中获取的29311粒孢粉化石的81个属中,选取了常见的种子植物花粉种属42个,通过共存因子分析法,定量重建了研究区晚渐新世—早更新世的古气候参数,划分出晚渐新世—早中新世(25~17 Ma)、中中新世(17~13.5 Ma)、晚中新世—上新世初期(13.5~4 Ma)和上新世—早更新世(4~1.5 Ma)4个气候演化阶段。孢粉共存因子定量法重建的研究区晚渐新世—早更新世4个阶段的古气候变化过程能较好地与全球气候变化的趋势相匹配,晚渐新世—早中新世温度降低的时间拐点大致可与Mi1a气候变冷事件相吻合。中中新世可以与中中新世气候适宜期(MMCO)相对应,表现为炎热潮湿的气候特征。中中新世晚期的气温是下降的,在一定程度上响应了Mi3中中新世气候变冷事件。

关于通古尔期(阶)的底界探讨

通过近20年在新疆乌伦古河和额尔齐斯河流域新生代地层及哺乳动物化石的调查研究,对准噶尔盆地北缘的新生代地层分布和年代日渐清晰。研究表明,该地区堆积了大体连续的上始新统至上中新统近顶部的地层,地层中含有多个层位较为丰富的哺乳动物化石,为探明该区域的哺乳动物演化和地质环境变迁提供了难得的机会。其中位于乌伦古河南岸的夺勒布勒津台地西缘,出露了索索泉组顶部、哈拉玛盖组和可可买登组地层,记录了从红色泥质粉砂为主体的风成堆积转换为浅灰绿色河湖相堆积,最后演变为土黄色砾岩为主体的河流相堆积的过程;其中所含的索索泉组顶部、哈拉玛盖组和可可买登组这3个化石层位的相应动物群组合与山旺期上部、通古尔期下部和通古尔期中部的哺乳动物群相当,亦表明气候环境从干冷转变为相对暖湿又逐渐转向干冷的过程。2009年实测地层剖面和采集古地磁样品测定建立的磁性地层相当于C5Cr~?C5AAn,约为16.8~13.5 Ma。区域上和剖面上的化石研究显示,通古尔期化石组合始于哈拉玛盖组底部,位于磁性地层相当于C5Cr(16.726~17.277 Ma)内,年代大约为16.8 Ma,与中中新世气候适宜期的底界大体吻合。为此建议将17 Ma作为通古尔期的底界,并推荐将新疆夺勒布勒津剖面作为通古尔阶的候选层型剖面。本研究将讨论与此相关的系列问题。