西峰剖面高分辨记录指标研究及古气候重建

对甘肃省西峰黄土-红粘土剖面的夏季风替代性指标作了全面、系统的测试,包括磁化率、频率磁化率、碳酸盐、有机质和游离氧化铁的测定,并通过碳酸盐和磁化率值来初步恢复古气候变化特征。结果表明,频率磁化率、有机质、游离铁和磁化率具有正相关关系,而碳酸盐变化与磁化率呈负相关,它们都可以很好地作为夏季风替代性指标。通过数学模型认为整个第四纪古气候变化大致可分为三个大的阶段:0～1.1MaBP,1.1～1.9MaBP和1.9～2.6MaBP。从0.1Ma以来,降水量和年均温都有降低趋势,说明气候向着越来越干冷的方向演化。

西峰剖面有机质记录的黄土高原L_6-L_1古湿度演变

对甘肃西峰黄土剖面L6～L1层段162块样品进行了(Rock-Eval)2+PLUS分析,获得了TOC和热解烃的含量,以及有机质最高热解峰温(Tmax)的数据,并以与下降水有关的有机质和与蒸发水有关的矿物包裹有机质之比估算了古湿度的分布。结果表明,古土壤层的湿度比相邻黄土层的大,湿度的变化范围为47%～80%,其中湿度最大的层段为S5上部,次之为S1,湿度最小的层段为L6,次之为L4,L2-S1-L1层段的古湿度变化与陕西渭南剖面的相当层位具有很好的对应性。上述结果与黄土研究中常用的矿物粒度分析、CaCO3、Fe2+和Fe3+及磁化率等方法的测定结果具有良好的可比性。西峰剖面L6-S5-L4层段有机质和湿度的变化都很大,反映大气环流在这段时间异常活跃,具有热湿事件或黄土高原气候变化的边界特征。而在L4以来,特别是L4-S3-L3层段,湿度变化幅度相对较稳定,总的趋势向湿度减小方向发展,而在S2以后湿度演变有增大的趋势。

黄土高原风尘序列的碳酸盐成因及其风化过程

碳酸盐是黄土高原风尘序列的主要组成部分,其含量与原生碳酸盐溶解、再沉淀,以及含钙硅酸盐化学风化强度等密切相关。碳酸盐在表生环境下极易移动,且其迁移变化受大气降水、温度等古气候所制约,因此黄土次生碳酸盐记录了古气候的重要信息。甘肃西峰赵家川剖面碳酸盐含量、磁化率的系统测定和风尘序列地质特征研究表明,在整个剖面中,碳酸盐含量和磁化率曲线呈显著的负相关,并从剖面上部到红粘土底部,碳酸盐含量有增加趋势。黄土、古土壤和红粘土沉积分别处在不同风化阶段:黄土化学风化最弱,处于钙质残积阶段,古土壤处于强烈钙质淋溶阶段和硅铝残积阶段,红粘土化学风化最强烈,处于硅铝残积阶段或红土化阶段;不同的化学风化阶段古气候性质有别。

黄土高原MIS 3时期蜗牛化石记录的温湿气候及其成因机制探讨

通过对黄土高原西峰和洛川黄土剖面末次冰期较高分辨率的蜗牛化石组合研究发现,深海氧同位素第3期(MIS3)(59～29kaB.P.)黄土高原的气候变化可分为3个阶段:MIS3c时期,气候总体相对温暖湿润,但暖湿程度远不及全新世时期,这一阶段出现两次比较温湿的气候波动,西峰最温湿的时期发生在约48～46kaB.P.,其次在约54kaB.P.,洛川较温湿的时期出现在约57kaB.P.;MIS3b时期,西峰气候比较寒冷,但具有一定的湿度,洛川总体上气候比较冷湿,但较之于西峰无论是温度还是湿度都要高一些;MIS3a时期,西峰的气候从温凉变得冷干,洛川出现频繁的气候波动。研究认为黄土高原MIS3c时期较温湿气候状况可能是受控于这一时期地轴倾角控制的太阳辐射梯度的变化,地轴倾角增大,中纬度夏季太阳辐射强度高于低纬度的辐射强度,使得中低纬度之间夏季太阳辐射梯度增加,低纬度海洋向中纬度大陆传输的热量和湿度增加,夏季风加强,从而改善了黄土高原的温湿度状况,喜暖湿的蜗牛种类得以在冰期的环境中生长发育。蜗牛化石的研究结果显示MIS3时期黄土高原不同地区存在明显的区域性差异,与现今气候格局不同的是这一时期黄土高原存在更大的气候环境梯度。

西峰、洛川黄土碳酸盐根茎体碳同位素分布特征及古环境意义探讨

以往对于土壤碳酸盐根茎体(CR)的形态和碳同位素分析表明其具有纯的生物成因源的特征,被用于指示不同大陆的高分辨率气候变化。为此,本研究选取了位于黄土高原中部的西峰和洛川黄土-古土壤序列,分别采集65个和22个样品。通过湿筛法(80目)分离后,在显微镜下通过细针挑选出根茎体样品进行碳同位素(δ^(13)C_(CR))的分析,并将结果与总有机质碳同位素(δ^(13)C_(TOC))、总无机碳酸盐碳同位素(δ^(13)C_(TIC))、总有机碳含量(TOC%)和磁化率(MS)等多指标进行对比分析。结果表明:西峰剖面的土壤碳酸盐根茎体δ^(13)C_(CR)值的变化范围为-8.6‰～-3.7‰,δ^(13)C_(TOC)值的变化范围为-23.68‰～-19.47‰,δ^(13)C_(TIC)值的变化范围为-8.65%～-4.95‰;洛川剖面的土壤δ^(13)C_(CR)值的变化范围为-8.30‰～-3.58‰,δ^(13)C_(TOC)值的变化范围为-23.28‰～-18.72‰,δ^(13)C_(TIC)值的变化范围为-8.50‰～-3.78‰;两个剖面末次冰期以来的δ^(13)C_(CR)均没有完全响应MS,TOC和δ^(13)C_(TOC)的变化趋势,表现为在S_0呈现相反的变化趋势,在L_1呈现相似的变化趋势;而与δ^(13)C_(TIC)值在冰期-间冰期尺度上呈现一致的变化趋势和幅度。该结果表明西峰、洛川剖面碳酸盐根茎体碳同位素类似于总无机碳酸盐碳同位素,其影响因素可能较为复杂(如碳酸盐的淋溶迁移、植被的影响、原生碳酸盐等复杂因素的影响),特别是淋滤深度的不确定性。因此,在独立使用黄土碳酸盐根茎体δ^(13)C_(CR)值来重建该地区的古植被(C_4/C_3)变化信息时要慎重。

75ka以来黄土高原蜗牛生长季节长度的变化

第四纪冰期-间冰期气候变化在年际尺度上是通过季节变化或季节长度的调整来实现的,如何揭示冰期-间冰期期间季节长度的变化,是深入探索气候变化过程和机制的新课题.蜗牛生长季节的壳体同位素具有记录季节性气候特征的潜力.通过对黄土高原不同气候区18个地点现生蜗牛组合中喜冷干种Pupillaaeoli(杂色虹蛹螺)和喜暖湿种Punctumorphana(显口多点螺)蜗牛壳体碳酸盐碳、氧同位素分析,揭示出P.aeoli蜗牛壳体δ13C值相对于P.orphana壳体偏负1.3±1.0‰,δ18O值偏正3.3±1.1‰;而且从黄土高原东部山西娘子关到西部青海官亭,随着生长季节长度(日均温≥10℃)由202±6d缩短为162±7d,冷、暖2种蜗牛壳体的δ13C差值和δ18O差值都逐渐减小,其中δ13C差值从东部的2.8‰减小到西部的0.2±1.1‰,δ18O差值从4.7‰减小到2.9±1.3‰.且2种蜗牛壳体δ13C差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约15d左右;δ18O差值每相差1‰,蜗牛生长季节相差约19d左右.进一步对西峰剖面75ka以来蜗牛壳体同位素分析显示,全新世中期(8～3ka),蜗牛壳体δ13C和δ18O的差值最大,分别为2.6±0.7‰和2.1±1.4‰;间冰段MIS3次之,为2.5±0.4‰和1.6±0.8‰;末次盛冰期最小,为0.2‰和0.4‰.推测全新世中期蜗牛生长季节长度约为200±10d,间冰段MIS3为190±6d左右,冰期时蜗牛生长季节长度约160±3d左右.