末次间冰期-冰期旋回黄土环境敏感粒度组分的提取及意义

采用粒级-标准偏差方法对黄土高原西部、河西走廊及河南西部等6个剖面末次间冰期-冰期旋回的黄土-古土壤粒度进行了系统分析,提取了对环境变化敏感的粒度组分。各剖面的环境敏感粒度组分主要分为粗细两个组分,并显示出一定的区域性差异和不同的沉积学意义。敏感组分主要受物源和沉积后成壤作用的影响:冰沟和罗家湾剖面可能受源区的影响更大而使敏感组分偏粗,暖和湾和扣马剖面可能由于后期风化的影响较大而使敏感组分偏细。对扣马剖面末次冰期旋回堆积的L1和S1的粒级-标准偏差分析表明,L1的敏感组分与全剖面相似;而S1的敏感组分与全剖面存在较大差异,可能与成壤作用有关。

冰芯记录中末次间冰期-冰期旋回气候突变事件的研究进展

冰芯记录中的气候变化是古气候研究中的重要组成部分 .极地、中低纬度和热带地区的冰芯记录表明 ,在冰期间冰期旋回大尺度气候变化背景下 ,全球经历了一系列数百年至千年时间尺度的快速气候突变事件 ,诸如末次间冰期的干冷事件、末次冰期的Dansgaard Oeschger事件、Heinrich事件和YoungerDryas事件等 ,虽然这些穿插在冰阶中的暖湿气候事件、间冰阶中的干冷气候事件的成因、机制和影响范围还存在明显的不确定性 .主要介绍不同区域冰芯记录中末次间冰期冰期旋回这些气候突变事件发生的时间、过程和机制等的研究进展 .

末次冰期-间冰期旋回朝那黄土颜色特征及古气候意义

对黄土高原中部朝那剖面末次冰期-间冰期旋回黄土-古土壤序列色度指标与磁化率对比研究后发现,亮度L*值与Hm(赤铁矿)和Gt(针铁矿)的比值相关性较好,在S0和L1阶段其与Hm和Gt的比值呈正相关,在S1阶段为负相关。红度a*与Hm和Gt的比值有较强的正相关关系,反映土壤发育时期的水热条件。而黄度b*与针铁矿的相关性较好,与低频磁化率χlf使用可以更好地反映土壤的发育程度。色度指标在变化频率和幅度上较磁化率大,能很好地识别S1阶段弱黄土-古土壤层。

末次间冰期全球气候瞬变模拟与平衡态模拟的对比研究

采用水平分辨率约1°的地球系统模式CESM,本研究开展了末次间冰期129~124 ka的瞬变模拟试验(TGCS-LIG)和127 ka的平衡态切片模拟试验(127ka-LIG),量化了数值试验方案对模拟的末次间冰期全球气候的影响,以期加深理解造成模拟结果与重建数据之间分歧的可能原因。TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验均表明:末次间冰期全球年平均温度较工业革命前低,降温幅度分别为0.4℃和0.2℃;在夏季,北半球升温(1.2/1.5℃),而南半球降温(0.9/0.7℃)。就年降水而言,末次间冰期北半球季风区降水增加,南半球季风区降水减少,但存在显著的区域差异。与重建数据相比,TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验的模拟-数据符号一致性与均方根误差均相近,但127ka-LIG试验模拟效果略好。TGCS-LIG试验与重建的全球年平均(夏季)海温符号一致性为34.9%~44.7%(36.8%~42.5%),较127ka-LIG偏差约2%~4%(约5%~7%);均方根误差为2.9~3.2℃(2.9~3.4℃),较127ka-LIG试验偏差小于约0.1℃。对于全球年平均降水,TGCS-LIG试验与重建数据的符号一致性为63.8%,略高于127ka-LIG试验(63.1%)。相较于模拟和重建之间的绝对偏差而言,数值试验方案对于改进两者分歧的作用十分有限。需要注意的是,TGCS-LIG试验表明:末次间冰期全球关键气候模态的年际变率在129~124 ka间存在显著的内部变化,其中ENSO年际变率随时间逐渐增强,北半球环状模与南半球环状模的年际变率呈现千年尺度波动的特征;而127ka-LIG试验无法刻画气候模态的时间演变特征。总之,本文研究结果表明,采用平衡模拟试验或是瞬变模拟试验并不是造成末次间冰期模拟-数据分歧的主要原因,但开展高时空分辨率的瞬变模拟试验对研究末次间冰期气候变率具有重要的科学价值。

末次间冰期全球变化区域响应的粒度旋回——萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面记录

位于毛乌素沙漠东南的萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期层系记录了8 5个古风成砂与河湖相和古土壤构成的显著的粗细韵律交替变化粒度旋回.通过对不同沉积相粒度的一般分布特征尤其是粒度参数-Mz、σ、Sk、Kg和SC/D值以及该地生物化石指示的古环境综合分析,认为所述粒度旋回主要是东亚冬夏古代季风交替影响下的气候旋回波动所致.

末次间冰期以来黄土-古土壤序列的磁组构特征及其指示的古风向

黄土高原粉尘物质的搬运、沉积过程与来自中高纬度地区的季风密切相关。研究冬季风演化历史将有助于深入理解全球变化背景下,东亚地区气候变化的动力机制。通过对黄土高原的磁组构研究发现:1)各向异性度(P)与磁面理度(F)相关性较高,因此各向异性主要由磁面理引起,磁化率椭球体为压扁状;2)磁面理大致水平,K3近垂直于水平面;3)黄土平均磁面理为1.007,古土壤为1.004,古土壤层的磁面理与各向异性度均要低于其下伏的母质黄土层。成土作用在某种程度上破坏了黄土的原生磁组构;4)P,F和粉尘粒度间具有一定内在联系,一般而言冬季风越强,搬运的粉尘颗粒越粗,从而导致在沉积过程中形成较高的磁面理;5)K1方向的等面积赤平投影图和玫瑰花图解表明,末次间冰期以来该地区的主导风向为NW向冬季风。

末次间冰期以来黄土-古土壤的热释光测年——渭南、会宁剖面的对比研究

利用细颗粒热释光技术对渭南、会宁黄土剖面末次间冰期以来黄土 -古土壤共 15个样品进行了年龄测定。实验中 ,通过光晒退确定各个样品的残留热释光强度 ,应用残留热释光法测定等效剂量值 ,结果显示 ,在测定的热释光年龄数据基础上确定的两剖面的 S0 / L1、L1/ S1、S1/ L2界线年龄基本一致 ,并与 SPECMAP深海氧同位素1/ 2、4/ 5、5 / 6阶段的界线年龄可较好对比 ,这也表明应用热释光方法测定的末次间冰期以来黄土

末次盛冰期以来长江下关-栖霞山段下切深度及沉积旋回

选择长江下关-栖霞山段作为研究河段,搜集了南京长江大桥、四桥附近的76个钻孔资料.根据地质钻孔资料,绘制南京长江大桥和长江四桥附近长江古河槽地质剖面.在拟建长江四桥附近的4个钻孔采集了沉积物样品,在-59.33m深度上河床相沉积物的年代为(14 682±110)a BP,据此判断位于该沉积层下部的上一期沉积旋回应形成于末次盛冰期;在约-42.7m深度上河床相沉积物的年代为(11 305±130)a BP,该层以上应是全新世以来的沉积.末次盛冰期长江南京下关-栖霞山段古河槽埋深在-90m以下,形成局部深切.古河槽中充填了3次从粗到细的沉积旋回:约-65m以下的深槽中为末次盛冰期时的沉积旋回,-65～-40m为晚冰期的沉积旋回,-40m以上为全新世以来的沉积.

西藏纳木错末次间冰期以来的气候变迁与湖面变化

在西藏纳木错沿岸 ,发育了 6级湖岸阶地及拔湖 48～ 1 39.2m的高位湖相沉积。根据湖相沉积的U系法测年和孢粉分析结果 ,本文探讨了纳木错及邻区末次间冰期 (MIS 5)以来的古植被、古气候与湖面变化。研究表明 ,纳木错与邻区的湖面变化可以划分为 1 1 6～37kaB .P .间的古大湖———“羌塘东湖”期、37～ 30kaB .P .间的“古纳木错”外流湖 -残余古大湖期和 30kaB .P .以来的纳木错 -藏北湖群期等 3大阶段。在MIS 5的古大湖阶段 ,包括纳木错、色林错等藏北高原东南部的众多大、中型湖泊 ,是互相连通的一个大湖 ,其范围可能超过了现代的藏北内、外流 (怒江 )水系的分水岭。在MIS 5e末的最高湖面时期 ,湖面面积可达7880 0km2 ,它或许还与藏北高原西南部和中南部的其他古大湖相连 ,成为面积巨大的网格状深水大湖———“羌塘湖”。通过纳木错湖面变化曲线与西昆仑古里雅、格陵兰、南极等冰芯和深海岩芯的氧同位素变化曲线的对比可以发现 ,全球MIS 5的气温要高于末次冰期间冰阶(MIS 3) ,此时藏北高原为气候温和轻爽与湖面最高的大湖期 ;在末次冰期的两个冰阶 (MIS 4和MIS 2 )中 ,湖面明显下降 ,邻近的念青唐古拉山发育了小型山谷冰川 ;而在间冰阶MIS 3中 ,其气候波动的幅度 ,要比世界其他地区更加明显 。

萨拉乌苏河流域末次间冰期全球变化区域响应的主元素记录

萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期层系记录了8 5个风成的古砂丘砂与河湖相或／和古土壤构成的沉积旋回。通过对该层系主元素含量分布规律的分析,认为所述沉积旋回主要是由干湿寒暖气候旋回波动所致。研究亦表明,末次间冰期层系60LS—82S可进一步划分为5个层段,它们在时间和气候的主要阶段上与氧同位素5阶段中之5a、5b、5c、5d、5e诸亚段相近。不仅如此,若干反映冷干气候的风成砂丘砂堆积层位与末次间冰期GRIP冰芯δ18O及西太平洋暖池planktonicδ18O记录的冷凉事件,特别是与黄土高原记录的9次粉尘事件在时间上具有很好的对应关系。

末次间冰期以来新疆巴里坤湖蒸发盐的沉积环境记录

沉积物岩芯的碳酸盐、石膏等蒸发盐含量和矿物组成的证据显示了新疆巴里坤湖末次间冰期以来一直是一个水位变化频繁的浅水盐湖，有时甚至为间歇式的湖泊，约在34000aB.P.前后巴里坤湖沉积相发生了显著的变化，34000aB.P.之前为泥坪-湖滨相沉积，34000aB．P．之后为成湖相沉积。尽管我们对巴里坤湖34000aB．P．前后的沉积相变难以理解，但是长期处于浅水状态的巴里坤湖沉积物中蒸发盐的含量和矿物组成仍然与气候变化密切相关。在泥坪-湖滨相形成的碳酸盐中白云石相对的增加是地表强烈蒸发的结果。以石膏为主的蒸发盐含量增加是温度和降水增加所致，而其含量减少则是冰川前进致使补给水矿化度降低造成的。这使我们获得了该区古气候变化并不服从于冰期与雨期同步模式的信息。

两个冰期-间冰期旋回的黄土记录及其古气候意义

北京邻区枣沟、斋堂和赤峰黄土古土壤剖面粒度和磁化率变化在幅度和相位上都有明显的差异。在两个冰期 -间冰期旋回 ,磁化率记录具有冰量变化模式 ,而粒度记录具有轨道周期特点 ,粒度和磁化率之间的相位关系在从冰期向间冰期转换和冰期向间冰期过渡的过程中 ,既有滞后也有超前的表现 ,很难单纯以成土作用来解释。由于黄土粒度主要反映粉尘源区环境和古风场强度的变化 ,而磁化率主要记录的是沉积区的成壤作用 ,反映夏季风的强度变化 ,因此剖面粒度和磁化率变化的不协调说明古风场和粉尘源区变化与粉尘沉积区气候变化之间不统一。这可能意味着控制夏季风强度变化和控制冬季风强度变化的机制存在差异。

萨拉乌苏河流域末次间冰期古土壤化学风化与古气候

内蒙萨拉乌苏河流域米浪沟湾剖面末次间冰期发育5层古土壤。对这5层古土壤的形态特征、粒度、扫描电镜及化学风化等分析结果表明:(1)这些古土壤具有与华北现代褐土相似的形态特征;(2)粘化率中部高和石英颗粒表面硅质溶蚀—沉淀现象表明古土壤层中发生过风化成壤作用;(3)用K2O/Na2O、Al2O3/Na2O、MnO/Al2O3、CIA及A-CN-K图解与华北现代褐土作对比分析,发现它们的化学风化特征极为相似;(4)用气温及降水量与CIA值的回归关系方程,得出5层古土壤发育时期的水热状况确与华北现代的暖温带半湿润季风性气候大致相同或更显暖湿。形态特征、粒度、石英颗粒表面特征和化学风化特征等多个方面具备了与现代华北褐土类似的化学风化成壤特征,证明这些古土壤是在与华北相似的暖温带半湿润季风性气候条件下形成的。

末次间冰期以来渭河上游气候演化的黄土记录研究

对渭河上游樊家台剖面末次间冰期以来黄土地层的粒度与CaCO3进行综合分析表明,末次间冰期时,受夏季风影响较大,粒度较细,CaCO3有较强的淋溶与淀积,气候呈现较为暖湿的特点;末次冰期时,受冬季风影响较强,粒度较粗,CaCO3淋溶淀积微弱,气候较为干冷。间冰期早期(相当于深海氧同位5e阶段)由于夏季风较强,粉尘堆积较少,古土壤向下发育,并与下部土壤融合,导致粒度较5a、5c阶段粗;2阶段的早期,由于粉尘源区出现了高湖面,环境湿度大,造成此时段早期黄土粒度较晚期细;表现出区域气候的特点。

末次间冰期以来临夏地区气候变化的黏土矿物学及地球化学记录

临夏盆地塔湾剖面黄土-古土壤沉积物的黏土矿物学及常量元素特征分析表明,末次间冰期以来临夏地区气候变化经历了从相对温暖湿润(Ⅰ阶段:92.4～78.8 ka)—寒冷干燥(Ⅱ阶段:78.8～59.8ka)—相对温暖湿润(Ⅲ阶段:59.8～47.7 ka)—寒冷干燥(Ⅳ阶段:47.7 ka以来)等4个阶段的演化。黄土-古土壤中黏土矿物以伊利石、绿泥石、伊/蒙混层及坡缕石等为主,并且坡缕石在沉积物中广泛发育,表明末次间冰期以来临夏地区总体上以相对干燥为主。w(TiO2)/w(Al2O3)比值表明沉积物剖面中黄土-古土壤层可能具有相同的物源,黄土-古土壤交替的发育特征应该为不同时期风化程度差别所致,与当时的大气降水量及温度密切相关。在相对温暖湿润的时期,黏土矿物相对含量、化学蚀变指数CIA值及w(Al2O3)/w(Fe2O3)、w(SiO2)/w(Al2O3)、w(SiO2)/w(Fe2O3)和w(MgO)/w(Al2O3)等氧化物比率变化波动较大;在寒冷干燥的时期,黏土矿物相对含量、CIA值及各氧化物比率较为稳定。黏土矿物学及常量元素变化特征共同揭示92.4～78.8 ka期间和47.7 ka以来出现明显的降温事件,说明临夏地区末次间冰期以来气候环境的不稳定性,可能与高原冬、夏季风的此消彼长密切相关。

三门峡王官与武威沙沟黄土记录中的末次间冰期向末次冰期转换期的暖性回返事件

河南三门峡王官剖面与甘肃武威沙沟剖面捕捉到了末次间冰期向末次冰期转换时期发生于72 ka前后持续时间约为2 ka的一暖性回返事件,两剖面的冬、夏季风替代指标对该暖性回返事件的反应在时间上大致同步(其时间段约为71-73 ka,在71.4-72.1 ka前后该暖性回返事件最强盛),暗示该暖性回返事件在东亚季风区可能是一普遍存在的气候突变事件.鉴于该暖性回返事件在全球其他地区的海洋、陆地、冰芯记录中也有较普遍的反映,我们认为该事件很可能是一次发生于气候转型期的全球普遍存在的暖性突变事件.

末次间冰期以来陆地生态系统的碳储量与气候变化

陆地生态系统的碳收支是全球气候变化和碳循环研究的核心内容之一。准确估算陆地生态系统的碳储量及其收支状况，对正确评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用有重要意义。本文总结了近１０年来各国研究者利用不同方法对陆地碳储量变化的研究进展，并对估算陆地碳储量的不确定性进行评价。同时，对陆地生态系统碳储量变化研究结果的分析表明，末次间冰期以来，全球陆地生态系统碳储量存在较大幅度的变化。在末次间冰期５ｅ阶段、末次盛冰期和全新世中期，陆地生态系统碳储量分别为现在的１３０～１５０％、５０～８５％和１０５～１３０％。并且，陆地生态系统碳储量与气候变化有显著的正相关性，但不同区域的生态系统碳储量随气候变化并非具有相同的变化规律。

黔南七星洞石笋古气候变化记录及末次间冰期终止点的确定

当前在全球气候变化预测研究中 ,洞穴石笋的高分辨定年和碳、氧同位素组成的变化规律研究 ,为这个领域的突破和填补空白做出了巨大贡献。通过对贵州都匀七星洞 1号石笋进行 11件TIMS U系测年和 79件碳、氧同位素分析 ,获得了距今 10 9.0 0kaB .P .至 6 5 .90kaB .P .的高分辨率古气候记录。石笋在大于 10 9.0 0kaB .P .前开始生长 ,于 6 5 .90kaB .P .后停止生长 ,平均沉积速率为 4 .5 8mm/ 10 0a,属晚更新世的沉积产物。七星洞 1号石笋剖面的研究揭示 ,其年龄和δ18O同位素的变化 ,可以与深海岩芯氧同位素记录所揭示的第五阶段中的 5a、5b、5c和第四阶段的早期进行对比。它的碳、氧同位素记录揭示 ,在 10 9.0～ 10 2 .5kaB .P .和 86 .6～ 78.92kaB .P .时段 ,显示受东亚夏季风影响较强 ,气温升高 ,降水增多 ,δ18O偏负 ,表现为温暖湿润的气候环境。在 10 2 .5～ 86 .6kaB .P .时段 ,显示受东亚夏季风影响强度减弱 ,受东亚冬季风影响强度增加 ,气温降低 ,大气降水减少 ,δ18O稍趋向偏正 ,表现为冷凉半湿润—温凉湿润的气候环境 ;而在 78.92～ 6 5 .6kaB .P .时段 ,显示东亚冬季风强盛和受西北风影响较强 ,海表温度下降 ,大气温度降低 ,降水量较少 ,δ18O偏重 ,δ13 C偏正 (C4植物占 95 % ) 。

末次间冰期—末次冰期柴达木盆地东部气候演化形式

柴达木盆地第四系富含介形类化石,介形类生物组合可以反映古气候变化。以盆地东部达参1井中的两种主要介形类(Ilyocyprisinermis和Cyprideistorasa)的丰度特征为气候指标,对末次间冰期和末次冰期的盆地气候演变形式进行了恢复。认为柴达木盆地东部末次间冰期和末次冰期的气候演化既有着和全球同步的特点,也有着本区域独自的特征。介形类丰度曲线表明:末次间冰期(MIS5),以Cyprideistorasa为主,整体上为暖型气候,依据介形类特征,又可分为5e,5c,5a三个暖期和5d,5b两个冷期,暖期到冷期都以介形类丰度的大幅突降为特征;末次冰期(MIS4 2)以Ilyocyprisinermis为主,整体为冷型气候。其中,早冰阶(MIS4)两种介形类丰度都较低,而间冰阶(MIS3)介形类丰度明显增高,并可划分为3c,3a两个暖期和3b一个冷期。在间冰阶结束之后,介形类大量消失,Ilyocyprisinermis完全灭绝,石盐大范围析出,盆地进入了末次冰期盛冰阶(MIS2)。