萨拉乌苏河流域MGS2层段粒度与CaCO_3记录的千年尺度气候变化

测定、分析毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面MGS2层段的粒度与CaCO3,发现该层段不同沉积相粒度Mz和σ呈现峰谷变化,CaCO3含量在沙丘砂及其上覆的河流相和湖沼相中依次变化于0-2.94%(平均值0.39%)、0.14%-2.68%(1.43%)和0.39%-15.57%(8.82%),并与Mz呈显著相关,构成与沉积旋回波动韵律相同的5.5个峰谷交替的粒度与CaCO3旋回。研究表明,毛乌素沙漠冬季风盛行时期沙丘砂强烈堆积,CaCO3发生迁移;夏季风盛行时期河流相和湖沼相发育,粉砂和粘土含量增加,CaCO3相对聚集。这些旋回代表东亚冬夏季风千年尺度交替变化的气候旋回。

萨拉乌苏河流域MGS1 Rb和Sr记录的全新世千年尺度气候变化

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面全新世地层MGS1层段记录了11个由风成砂与河流相或湖沼相构成的沉积旋回。对该层段63个样品的Rb、Sr数据进行了分析,结果显示由沙丘砂至上覆河湖相Rb和Sr含量由低增高,而Rb/Sr比值的分布则显示出与Rb和Sr含量变化相反的趋势,三者与平均粒径Mz(?)的相关系数都在0.43以上。研究表明MGS1至少经历了11次冷干和11次暖湿的气候波动。米浪沟湾剖面MGS1记录的千年尺度气候波动既是对东亚季风环流演变历史的体现,同时也是对全球气候与环境变化的响应。

MIS3晚期查格勒布鲁剖面微量元素揭示的千年尺度气候变化

通过对巴丹吉林查格勒布鲁剖面时代上属MIS3晚期的地层层位(CGS3a层段)中14种微量元素的分析发现:除Co、Ba含量呈相反变化外,P、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Pb、Y、Zr、Nb、Cu和As含量在风成沙丘砂中基本上表现为谷值,而在不同层位沙丘砂上覆的湖相中则相对为峰,构成与沉积旋回相应的元素变化旋回。元素在沙丘砂中呈现的谷值,主要揭示了干冷气候条件下东亚冬季风的侵蚀、搬运和堆积作用;在湖相中的相对富集,则与东亚夏季风盛行时暖湿气候背景下该地所处的特殊洼地地貌位置有关。元素旋回实际上代表的是东亚冬夏季风的气候变化旋回。分析结果显示:MIS3晚期剖面所在地至少经历了5次冬夏季风交替变化的气候旋回,反映了该时期我国沙漠地区的千年尺度气候变化。

萨拉乌苏河流域MGS1层段微量元素记录的全新世千年尺度的气候变化

本文以毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面MGS1层段为代表,试图通过对其的微量元素分析结果探讨该地全新世千年尺度的气候变化。在分析的14种微量元素中,除Cr和Zn以外的12种元素P、Pb、Rb、Nb、Zr、V、Sr、Cu、Ni、As、Ba、Co含量在MGS1剖面的垂直方向上具有这样的分布规律:元素含量值在沙丘砂中差不多都表现为谷,而在不同层位沙丘砂上覆的河湖相或古土壤中则相对为峰,构成11个谷峰交替变化的元素旋回。研究结果表明,MGS1的古流动沙丘砂与萨拉乌苏河流域现代流动沙丘砂在大多数微量元素含量上具有较高程度的一致,可以据此将其确定为东亚冬季风作用的主要时期,而上覆河湖相或古土壤元素含量增高则主要是为盛行的夏季风所致,11个元素旋回代表了全新世东亚冬夏季风千年尺度交替变化的气候旋回;这些旋回中的冬季风主导时期在时间和气候性质上可与北大西洋和我国若干地点寒冷事件进行对比,可能表明这是全新世期间北半球冰量增加引起的我国沙漠区域千年尺度的环境变化。

巴丹吉林沙漠东南缘查格勒布鲁剖面CGS1层段粒度特征及其指示的全新世千年尺度气候变化

位于巴丹吉林沙漠东南缘的查格勒布鲁剖面CGS1层段记录了全新世以来显示风力强弱的沙丘砂与黄土堆积旋回。以Md(Φ)、Mz(Φ)的5Φ(31.5μm)为界,可以划分出10个"C1—C10"明显的和1个"C11"较弱的(<5Φ)旋回变化。其中,有7个属于沙丘砂与之上覆黄土或古土壤构成的旋回。这些旋回在Md(Φ)、Mz(Φ)上显示出多谷峰波动的形式。不仅如此,粒度的σ、SC/D值和>63μm含量亦随之响应。研究认为,CGS1层段粗粒和细粒层位Md(Φ)等参数和>63μm含量的变化分别代表了东亚冬夏季风的作用过程;冬季风时期的C1与北大西洋IRD事件的冷期B0和B1,C2、C3、C4依次与B2、B3、B4,C7、C9、C10依次与B5、B6、B7在时间-气候性质上具有很好的对应;北大西洋B8冷期在CGS1中没有明显表现,但仍然能够在Md(Φ)、Mz(Φ)曲线上看到这是一个<5Φ的低值时期,而>63μm的含量相应增高;C5、C6和C8寒冷时段虽未见于北大西洋,但在中国一些地点却有发现。这些由若干粒度指标反映出来的寒冷事件表明,在全新世东亚夏季风活动盛行的总的形势下还存在频繁的千年尺度的冬季风波动。而尤为重要的是这些寒冷事件存在的与北大西洋寒冷事件的遥相关的关系表明,除C5、C6和C8以外的CGS1粒度记录的寒冷事件都隐含了北大西洋的强烈信号。从这个意义上来说,笔者讨论的内容可为全新世北半球的D/O震荡及其形成机制提供一个比较理想的东亚季风变化与中国沙漠区域环境响应的地质证据。

昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段记录的末次间冰阶千年尺度的气候波动

通过对昆仑山北麓阿羌黄土剖面AQS3层段的年代测试、粒度参数(Mz和σ)以及主要氧化物(SiO2,Al2O3,TOFE(Fe2O3+FeO)和(Al2O3+TOFE)/SiO2比值)分析,并结合区域相关地层反映的古环境和腹足类化石指示的古生态,认为AQS3记录了末次间冰阶19个旋回的干冷与暖湿的气候波动。其中,15个具有千年尺度旋回的各个温暖期能够较好地与GRIP冰芯氧同位素曲线中的D-O事件在时代和气候性质上进行一一对比。可能是由于地处毗邻冰川山麓、加之海拔较高,故该层段粒度与主要氧化物显示的气候变动的幅度并不大,然而却相当敏感。不仅于此,这种千年尺度的温暖气候变化在昆仑山北麓及其近邻区域也有明显的表现。例如,在昆仑山北麓普鲁地层剖面中,指示暖干气候作用下形成的含石膏等盐类的砂土砾石层的TL年龄为距今31000年、45500～41600年、45900年和54500年,可以依次与GRIPδ18O中的间冰段D/O6,D/O12,D/O13和D/O15进行对比;在阿尔金山北麓,类似的并具有荒漠漆的砂土砾石层的TL年龄为37200aB.P.和59700aB.P.,分别相当于D/O9和D/O17间冰段;在塔克拉玛干沙漠腹地的高阶地(海拔1310m),可能代表了剧烈升温的气候背景下,环塔里木盆地四周高山冰雪大量消融导致的塔克拉玛干沙漠腹地的"大湖期",其日历年为33197aB.P.,与GISP2冰芯氧同位素曲线在33000aB.P.的暖阶段相当。发生在昆仑山北麓及毗邻区域AQS3时期若干温暖阶段的地层学证据以及其在时间上能够与GRIP和GISP2冰芯氧同位素曲线相关暖峰的耦合,表明由阿羌剖面末次间冰阶粒度和主氧化物峰谷变化反映出来的多次冷暖波动,其根本原因还是受到北半球D/O振荡的强烈影响。

萨拉乌苏河流域MGS1层段粒度与CaCO_3记录的全新世千年尺度的气候变化

毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面MGS1层段含有11个由古沙丘砂与河湖相或古土壤构成的沉积旋回。通过对该层段粒度和CaCO3的分析,发现其河湖沼相和古土壤的平均粒径、分选系数、偏度和峰态的值明显高于古沙丘砂;CaCO3含量在古沙丘砂及其上覆的河湖相和古土壤中依次变化于0.07%～0.32%(平均值为0.16%)、0.05%～1.50%(0.27%)和0.06%～1.42%(0.64%),并与平均粒径呈显著相关(相关系数0.8);构成与沉积旋回波动韵律相同的11个峰谷交替的粒度和CaCO3旋回,指示了全新世气候冷、暖的变化过程和东亚冬夏季风千年尺度交替变化的气候旋回。这些旋回中的冬季风主导时期可与北大西洋8 200、5 000、4 000、2 700、1 400aBP等寒冷事件进行对比,和中国若干地点的气候波动具有良好对应关系,可能表明全新世东亚季风在全球大气、海洋、陆地和全球冰量变化的共同作用下,表现为干冷冬季风和暖湿夏季风的相互交替的千年尺度的气候变化特征。