泥河湾盆地中更新世气候转型期人类的适应行为

中更新世气候转型期(1.25-0.7 MaBP)是晚新生代最重要的气候变化时段之一。该时期大陆内部干旱化加剧,北半球冬季温度迅速下降,动植物群发生变化,对古人类的环境适应能力提出新的挑战。泥河湾盆地发育我国北方第四纪典型的河湖相沉积体系,其间富集众多早-中更新世旧石器时代遗址,是探讨更新世环境变化与人类适应行为的关键区域。本文选取盆地内岑家湾台地飞梁、麻地沟、岑家湾和东谷坨等重要遗址,通过多指标的统计分析,解读中更新世气候转型期古人类的适应策略。研究结果显示,因地制宜、就地取材是古人类获取石器原料的途径,不同遗址利用者对不同原料的选择和利用主要和遗址距离原料的远近有直接关系,而针对不同原料类型采取的差异化开发策略,预示着古人类认知能力的提高。尽管锤击法是古人类常用的剥片技术,但是砸击技术可能与本地原料质量具有更直接的关系;作为锤击法的有效补充,砸击技术的运用或许与古人类的认知水平提高存在关联。石核和石片的特征表明,该时期古人类对石核开发利用程度显著提高,剥片技术多样化,灵活性增强,展示了计划性和认知能力的提高。对优质燧石原料的青睐一直是古人类制作石器的主要策略,该时期修理类产品不仅种类增多,加工方式多样化程度也相对较高,加工精细的小型刮削器、钻、尖状器、凹缺器、齿状器和多边修理工具等产品增多指示对多种功能的适应,暗示古人类对区域生态景观多元化的积极响应。古人类灵活的技术多样化策略可能与其认知水平的提高存在关联,而气候与环境波动造成的生存压力等多方面叠加因素,可能共同作用于古人类的认知行为上,促使人类调整技术,适应多变的区域环境。本研究对探讨泥河湾盆地更新世古人类生存行为演化与环境关系、人类对东亚高纬度半干旱区适应策略具有重要意义。

1.5 Ma以来黄土高原风尘堆积的岩石磁学记录与中更新世气候转型

通过对黄土高原中部朝那剖面黄土-古土壤序列系统的岩石磁学分析,建立了1.5 Ma以来黄土高原高分辨率岩石磁学指标演化序列.岩石磁学记录表明本区1.5 Ma以来以0.93和0.62 Ma为界经历了3个不同的气候演化阶段.在1.5～0.93和0.62～0 Ma期间各种磁学参数大致呈同步变化趋势,能较好地与深海氧同位素(MIS)曲线相对应,而在0.93～0.62 Ma期间(相当于L9底到L6顶,MIS24-MIS16),尽管磁化率、饱和剩磁强度(Mr)、饱和磁化强度(Ms)与剩磁矫顽力(Bcr)、矫顽力(Bc)曲线的峰谷能与MIS的峰谷相对比,但该阶段的磁学参数变化幅度和形式明显不同于1.5～0.93和0.62 Ma以来的两个演化阶段.磁化率、Mr和Ms在0.93 Ma突然降低,此后变幅很小,反映夏季风较弱且相对稳定,一直维持到0.62 Ma前后.在0.9 Ma前后Bc、Bcr突然增大,可能反映了冬季风突然增强,然后宽幅波动下降.这种变化可能是黄土高原风尘堆积对中更新世气候转型事件的响应.黄土高原岩石磁学记录的中更新世气候转型事件发生于0.93 Ma,结束于0.62 Ma.造成这次气候转型事件的原因除了与全球冰量和太阳辐射变化有关之外,还可能与中更新世青藏高原急剧隆升而激发的亚洲内陆干旱化加剧,从而导致亚洲内陆沙漠的形成与扩张有关.

九江JL红土剖面记录的中更新世气候转型事件

粒度测试表明九江红土具风成特征。粉砂(4～63μm)为优势粒级,含量为66.20%～74.02%,富集风尘粒组。选择敏感粒组15～30μm作为气候代用指标,根据ESR测年和粒度年龄模型,建立JL剖面时间标尺,结果表明其沉积时代为2098.4～233.2kaBP,跨早、中更新世。下段网纹红土的沉积年龄为2098.4～441.5kaBP,上段棕黄色土的沉积时代为441.5～233.2kaBP。基于3PBase软件对234～2084kaBP期间气候周期的频谱分析,九江JL红土剖面记录了准100ka、准41ka和准30ka的地球轨道要素变化周期,并在734～784kaBP期间,气候周期发生了转型,由之前的准41和准30ka地轴倾斜率周期变成之后的准100ka地球轨道偏心率周期,这一信号响应了全球范围内中更新世气候转型事件。谱密度分析还表明剖面气候周期具复杂性,可能与东亚季风的非线性反馈机制有关。

中更新世气候转型与100ka周期研究

中更新世气候转型是第四纪气候变化中最重要的特征之一 ,它是指全球气候的主导周期在中更新世时从 4 1ka转变为 10 0ka ,且气候波动的幅度也加大。经典的Milankovitch假说不能完全解释中更新世气候转型的原因以及 10 0ka周期在气候记录中的强烈表现 ,因为太阳辐射与气候记录之间存在着相当的差异 ,尤其是二者在变化幅度上不匹配。近年来围绕这一转型过程的时代和原因获得了一些新的进展 ,主要是针对中更新世气候转型的时间、对气候记录中 10 0ka周期的重新检讨以及非太阳辐射因素在这一转型过程中所起的作用。其它可能的转型原因包括大冰盖、温室气体、地球轨道面倾角、冰盖基底。

中更新世气候转型时期南海生态环境的南北差异

中更新世气候转型在南海浮游有孔虫、氧同位素和其它生物记录上主要反映在900kaBP前后发生高频率变化，特别是指示表层水骤然降温。北部冬季表层水温从24～25℃降至17～28℃，而南部也从26～27℃降至23～24℃。总的降温趋势与开放西太平洋一致，直接反映了西太平洋暖池在900kaBP之后MIS22期间有明显的减弱。表层水大幅度降温还发生在后继的MIS20、18、16几太冰期，说明主要冰期旋回周期由4lka转变为100ka经历了长达400ka的过渡时期，并且冬季风增强也在过渡时期的后半段最明显。南海南北生物组合和δ18O值的差异，突出了中更新世气候转型期边缘海区南北气候梯度反差和冬季风在冰期增强的讯号。结论是：生态环境系统反应总体表现与冰期旋回一致的同时。还包含了独特的地区性系统演变特征。但是，南海一西太平洋地区在0．9MaBP前后表层海水盐度因东亚冬季风和海平面下降的定量变化，以及这些变化对气候转型时期海-气耦合过程和生态环境系统的影响，尚缺乏足够的资料和证据。

西太平洋807A孔的元素地球化学特征及其对中更新世气候转型期的记录

通过对ODP807A孔上部60.77m样品进行元素地球化学分析,揭示了晚上新世3.2Ma以来的沉积物元素含量变化特征。结果显示元素含量在中更新世过渡期均发生明显变化,具体表现为与陆源碎屑密切相关的元素含量下降,生物源元素含量显著上升,而同期物源区岩石类型没有发生明显变化。陆源元素含量的降低是由陆源碎屑含量降低导致的,反映出中更新世过渡期风搬运能力较弱。生物源元素含量的上升主要受生物生产力提高的影响。稀土元素总和(∑REE)的频谱分析显示了元素地球化学对中更新世气候转型的响应,即主导周期从41ka过渡到100ka。

中更新世气候转型期南海北部和南部的气候变化差异

选取大洋钻探ODP184航次在南海北部采集的1144站为研究材料，通过分析中更新世0．4—1．4Ma期间506个样品中浮游有孔虫氧、碳稳定同位素的变化特征，并与南海南部ODP1143站和西太平洋暖池ODP807站的同位素资料进行比较，发现南海北部的氧、碳稳定同位素及其差值的变化响应中更新世气候转型事件，在中更新世距今约0．9Ma之后100ka的偏心率周期明显增强。在中更新世气候转型之前，南海北部、南海南部和赤道西太平洋都呈现出典型的热带气候特征，具有岁差和半岁差的气候周期；转型之后，随着北半球冰盖的进一步扩张，南海北部受东亚冬季风增强的影响而导致温度下降、温跃层变深，但南海南部与赤道西太平洋的温度变化较小且温跃层变浅，说明同属季风区的南海北部和南部对气候变化的响应有所不同。

南海北部ODP 1144站中更新世气候转型期有孔虫稳定同位素古气候意义

中更新世气候转型期是第四纪古气候研究的一个特殊时期。利用大洋钻探ODP184航次在南海北部钻取的1144站时间分辨率高达约290年的沉积物样品，开展中更新世气候转型期古气候变化的研究。在中更新世距今80～100万年前，浮游和底栖有孔虫壳体的稳定氧碳同位素变化揭示出，中更新世气候转型中心，即中更新世革命0．9Ma左右，南海北部表层海水温度的降低和降水量的增加指示东亚冬、夏季风增强。以中更新世革命为界，水体垂向结构上温跃层和营养跃层的深度从之前的间冰期较浅转变为之后的间冰期较深，底层水与表层水的垂直温度梯度从冰期时较大转变为冰期时较小。轨道尺度上，冰消期时南海北部的表层水、次表层水和底层水的变化几乎是同时发生的，不存在超前或滞后的相位差。千年尺度上，有孔虫的氧碳同住素变化都呈现出非常明显的约0．8ka和约1．4ka的气候波动周期。氧同位素0．8ka滤波显示出：在中更新世气候转型期，较强的信号主要出现在间冰期，有时也出现在冰期，与晚第四纪千年尺度气候波动主要出现在冰期不同，说明中更新世的气候转型不仅表现在轨道尺度的气候周期变化上，同时也体现在千年尺度气候波动的特征变化中。

中更新世气候转型期西太平洋暖池的表层海水温度和氧同位素变化

通过对大洋钻探(ODP)第130航次807站A孔井深12.54～16.38m沉积物中浮游和底栖有孔虫的稳定同位素δ18 O以及浮游有孔虫壳体的Mg/Ca测试,揭示了中更新世气候转型期(800～1 000kaBP)西太平洋暖池表层海水温度和氧同位素的变化。研究发现,中更新世时期ODP 807站的表层海水温度在25.1～30.9℃之间浮动,平均为28.4℃,接近现代暖池区实测温度值,冰期/间冰期之间的温度差值在1.5～5℃左右,与晚第四纪时的温差相近;同时,表层海水温度和底栖有孔虫氧同位素呈现同步变化的趋势,没有明显的超前或滞后的相位关系,区别于前人在暖池区的研究结果。间冰期时,表层海水温度上升伴随着温跃层变深、盐度降低,与现代西太平洋暖池La Ni珘na状态类似;冰期时则类似于El Ni珘no状态。中更新世气候转型期,西太平洋暖池的表层海水温度、温跃层深度变化受低纬热带驱动影响,都显示出强烈的岁差周期(16.8ka),而底层水氧同位素更多受到高纬的影响。

山西长治盆地中更新世气候转型期环境变化特征

中更新世气候转型(MPT)是第四纪环境变化的一个重要时期,该时期气候模式、气候周期等均发生了明显变化,然而不同区域对中更新世气候转型的响应特征存在明显差异。本研究选取了长治盆地XZK4钻孔中更新世转型前后(1.8~0.1 Ma)共207个样品,通过古地磁定年,运用粒度端元分析和孢粉分析,阐述了长治盆地中更新世转型期的环境变化与湖泊演化特征。结果显示,1.8 Ma以来,孢粉组合中乔木花粉含量多高于60%,但个别时段草本植物花粉占优,显示区域植被多数阶段为森林,但存在明显冷期,并且1.1 Ma和0.55 Ma是研究区环境转变的重要转折点。中更新世转型期前(~1.1 Ma):沉积物粒度总体较细,黏土含量多高于25%,EM1组分(湖相沉积)多高于60%,EM3(河流相组分)在个别时段出现,总体显示该阶段沉积物组成以湖相沉积为主,个别阶段受到河流影响大;中更新世转型时期(1.1~0.55 Ma):沉积物粒度较上一阶段更细,黏土含量(平均为30%)、EM1占比和孢粉浓度均达到研究段最高,沉积物颜色以棕灰色为主,EM3组分占比降至最低,其中1.1~0.95 Ma喜冷的云杉属花粉出现,显示该时期研究区气候总体偏冷湿,湖泊面积较1.1 Ma之前扩大;中更新世转型后(~0.55 Ma):沉积物粒度明显变粗,达到钻孔最高值,沉积物颜色变黄,EM2(风成组分)和EM3占主导,草本植物含量增加,尤其是喜干的蒿属花粉增加明显,表明气候较之前变干,沉积物类型以风力沉积为主,湖泊消亡。综合对比显示,构造运动是影响长治古湖消长的主要驱动力,气候变干加剧了湖泊消亡。

探寻中更新世气候转型之谜

第四纪以来(距今260 万年)地球气候经历了大幅的冰期-间冰期波动,最引人注目的是距今1.2 —0.7 Ma(百万年)期间冰盖消长、海温变化等由对称的4 万年波动转变为不对称的10 万年旋回,简称为中更新世转型(Mid-Pleistocene Transition,MPT)。2005 年美国《Science》杂志在庆祝创刊125 周年之际,公布了未来亟需解决的125 个重要的科学难题,其中“What causes ice ages ?是什么引发了10万年冰期旋回?”,与中更新世气候转型密切相关。经典的米兰科维奇理论认为北半球高纬夏季太阳辐射是驱动全球气候变化的主要诱因,然而,具有准10 万年周期的偏心率引起的太阳辐射变化甚微,不足以导致10 万年冰期气候旋回的发生。因此,中更新气候转型及10 万年冰期旋回出现的诱发机理,一直是困扰古气候研究的迷题。

南海北部1144站中更新世浮游有孔虫的千年尺度古气候记录

南海北部ODP1144站中更新世气候转型时期的浮游有孔虫在千年尺度上以高频率变化为主要特征．冰期旋回主要周期在0．9Ma由41ka转变为100ka，浮游有孔虫组合也随冰期旋回出现大量的冷水种．据转换函数得出的表层水降温高达10℃发生在0．9～0．6Ma间的转型过渡期，跨越MIS22、20、18、16四大冰期．同时，温跃层深度呈阶梯式变浅，在MIS20上升至65m左右．所以，南海北部上层水体环境在中更新世气候转型期出现比末次冰期更重的δ^18O值，温跃层变浅，深水种含量降低或消失，突出了边缘海区南北气候梯度反差和冬季风在冰期增强的讯号．南海南北部的环境差异与东西太平洋的差异，共同表明低纬过程在气候变化中的重要性．

“全球变化及应对”重点专项项目在中国黄土沉积揭示中更新世气候转型方面取得重要进展

在'全球变化及应对'重点专项的支持下,'亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应'项目团队在中国黄土沉积揭示中更新世气候转型方面取得重要进展。中更新气候转型和10万年冰期旋回出现的关联机理,是长期困扰古气候研究的难题。

早-中更新世中国古人类演化及其与气候环境的关系

近一个世纪以来,随着旧石器时代考古与古人类研究的发展,我们已经获得了大量的研究材料和数据。尽管个别遗址的年代、文化性质和化石人类分析及鉴定仍有争议,但如此长时间的积累依然为构建序列性认识和思考提供了基础。目前的研究多集中在单个遗址或者区域的古人类化石、石器打制技术和气候环境背景的个案分析,对早-中更新世中国古人类演化及其与气候环境的关系尚缺乏系统探讨。本文选取过去百万年里地球气候冰期-间冰期旋回经历的两次显著转型事件:中更新世气候转型期和中布容事件作为时间节点,讨论伴随气候转型时期中国北方地区、秦岭及周边地区和中国南方地区出现的早期古人类演化特征的变化。具体从遗址分布、石器技术变化、早期人类化石特征等方面入手,尝试构建人类活动与气候环境变化的耦合关系。

南海北部中更新世0.78～1.0Ma期间的陆源碎屑粒度记录

南海北部陆坡大洋钻探计划(ODP)1144站的高速堆积体为高分辨率的古环境研究提供了良好的材料。通过分析1144站陆源碎屑的粒径分布,高分辨率地(200a)研究了中更新世气候转型期(0.78～1.0Ma)东亚夏季风演变在南海北部的记录。结果显示,陆源碎屑的粒径比值(3.5～8.2μm)/(9～23μm)可以作为东亚夏季风演化的替代指标,高值代表强盛的夏季风。这个比值指示了夏季风在920ka时突然增强,表明中更新世转型以夏季风突然增强为起点,此后夏季风处于不断加强和减弱的循环状态,说明了中更新世气候转型是一个渐变的过程。东亚夏季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系,显示东亚季风演化的天文驱动机制。频谱分析发现,夏季风演化存在3.3ka和1.2ka左右的千年尺度周期,且在转型前后千年尺度周期也发生变化,说明中更新世的气候转型不仅表现在轨道尺度的气候周期变化上,也体现在千年尺度气候波动的特征变化上。

南沙海区放射虫组合在中更新世气候转型时的突然变化

根据南海南沙海区１７９５７－２柱中放射虫组合，浮游有孔虫丰度以及氧同位素和沉积学记录的研究，发现中更新世气候转型是一种复杂的转型现象．放射虫／浮游有孔虫比值，粗组分和放射虫组合的明显变化可能与 ９０万年前“中更新世革命（ＭＰＲ）”所造成的全球气候变冷有关．北赤道流明显向南移动，导致南海表层水温的下降，这一结果已由９０万年前热带与亚热带放射虫组合的变化所证实．“中更新世革命”以后高的放射虫丰度可能显示了上升流的增强和营养提供．放射虫组合在９０万年前的突然变化可能反映了放射虫组合对由气候变化所导致的洋流变化的响应．

东阿拉伯海拉克希米盆地浊流沉积序列的粒度变化及其对中更新世气候转型的响应

阿拉伯海印度沉积扇是世界第二大海底扇，保存着来自喜马拉雅和喀喇昆仑等山系的新生代风化沉积物，是研究印度季风和南亚地区环境演化的理想材料。通过对2015年3~5月完成的IODP 355航次U1456钻孔A段总长345.36 m沉积物（约1.8 Ma以来）的沉积特征分析，发现其为典型的浊流沉积。通过对757个样品高分辨率的粒度测试，揭示研究区沉积序列在构造时间尺度上的粒度变化主要受到印度季风降水控制，阿拉伯海深海沉积物的粒度变化可作为一个新的季风演化的替代指标。从1.80~1.18 Ma到1.18~0.10 Ma，浊流沉积物的堆积速率降低，粒度变细，揭示了更新世印度季风强度的阶段性减弱。在沉积序列上，砂组分的变化周期从约41 ka向更长周期转化，推测东阿拉伯海U1456A钻孔沉积物序列在中更新世的粒度变化可能是对印度季风气候转型的响应。

中国南方红土记录的中更新世气候转型及其环境效应

中更新世气候转型(MPT)是第四纪气候变化的重要过程,主要表现为全球气候系统的主导周期由41 ka转变为100 ka,全球冰量显著增多,海洋温度下降,陆地干旱化程度显著增强。与海洋沉积记录相比,陆相沉积记录的MPT研究易受载体的连续性和分辨率限制,总体上不多,而针对中国南方红土MPT的工作就更为稀见。本文基于ESR年代学框架,对江西九江九庐(JL)红土剖面的多个环境代用指标进行主成分(PCA)分析,尝试建立JL红土剖面第四纪环境演化序列,并据此与深海氧同位素记录进行对比,结果表明JL红土剖面记录了MPT过程,其中区域气候系统的相对稳定状态在MPT后可能被打破,区域气候向着冷干方向持续发展。综合考虑本研究结果与全球气候变化背景,推测MPT时期全球冰量增加、全球变冷、西伯利亚高压增强,共同驱动着中国南方地区的更新世气候演化。

中更新世气候转型:特征、机制和展望

中更新世转型(mid-Pleistocene transition,MPT)的特征、机理及其影响一直是古气候研究的热点问题之一.通过综合分析全球代表性的地质记录,揭示出海洋和陆地气候变化在中更新世(距今~1.2至~0.7 Ma)多表现为从准4万年到准10万年的主导周期转型,但低纬地区水文气候的周期变化不显著.数值模拟研究表明,地球轨道参数变动引起的太阳辐射变化可能是冰期-间冰期气候旋回的根本驱动,而下垫面和大气CO2浓度变化的反馈机制则触发了中更新世气候周期转型并放大冰期-间冰期的波动.因此,MPT是地球气候系统内外部多个因素共同作用的结果.未来研究一方面应加强中低纬地区水文循环变化研究,关注中更新世气候转型影响的区域差异;另一方面通过整合气候重建和模拟结果,辨析区域气候变化响应差异的主要诱因.

中更新世转型时期南海北部上层水体结构演化特征——ODP1146站浮游有孔虫稳定同位素记录

文章以南海北部ODP1146站沉积物岩芯为研究材料,利用浮游有孔虫次表层水种Pulleniatina obliquiloculata壳体的氧、碳稳定同位素,结合该站位浮游及底栖有孔虫氧碳同位素数据,分析中更新世以来南海北部上层水体结构的演化。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata壳体δ^18O的变化可分3个阶段:1)1.2~0.9 Ma,冰期-间冰期变化幅度较小、主导周期为41 ka斜率周期;2)0.9~0.6 Ma,冰期旋回变化幅度逐渐增强、100 ka偏心率周期开始强化;3)0.6 Ma以来,冰期旋回呈现稳定且幅度较大的100 ka周期变化。0.9 Ma以来南海北部上层海水δ^18O的冰期旋回变幅增强,可能反映东亚冬季风在0.9 Ma之后显著强化。其中,表层水体δ^18O只在冰期变幅增强,P.obliquiloculata所反映的次表层水体δ^18O的变化幅度在冰期和间冰期都显著增强。约0.9 Ma浮游和底栖有孔虫δ^18O的100 ka周期几乎同时显现;但在0.9~0.6 Ma时期P.obliquiloculata的δ^18O偏心率周期更为显著、斜率周期的强度也更高。因此,冰期旋回周期转型及幅度变化两方面的证据共同反映温跃层结构演化在南海北部中更新世转型(MPT)气候转变过程中的特殊性。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata的δ^13C在0.02 Ma、0.49 Ma和0.99 Ma左右呈明显的碳重值,同时表层种-次表层种之间的δ^13C差值减小到近于0,可以解读为碳重值事件期间南海北部生产力相对减弱。