大荔黄土-古土壤序列δ 13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值与磁化率的变化基本同步, δ ¹³C_SC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO₂的介入会导致δ ¹³C_SC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C₄植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低 δ ¹³C_SC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L₂的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40~30 kaBP的青藏高原“高温大降水事件”的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ13CSC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值与磁化率的变化基本同步,δ13CSC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO2的介入会导致δ13CSC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C4植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低δ13CSC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L2的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40～30 kaBP的青藏高原"高温大降水事件"的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

黄土高原中部1.5 Ma以来古生态环境演化的孢粉记录

通过对黄土高原中部朝那黄土-古土壤剖面的孢粉研究, 揭示出1.5Ma 以来蒿属、藜科等旱生草本与松、桦、栎等乔木花粉含量在黄土-古土壤序列中呈现有规律的互为消长的变化, 指示了冰期-间冰期的冷干-暖湿旋回, 其中过去无机指标所指示的上、下粉砂层(L9和L15)的两次极端干冷事件, 植被变化表明其干冷程度与其他冰期黄土沉积时期相似. 从长期演化趋势上来看, 以0.95和0.5 MaBP为界, 可以分为3个阶段, 古生态环境经历了两次阶段性剧烈变化, 植被由早期的森林草原转变为中期的疏林草原继而演变为后期的草原, 指示了黄土高原阶段性的干旱化过程.     

陇西黄土高原秦安地区全新世植被的讨论

前人曾报道黄土高原西部甘肃秦安地区全新世中期气候湿润, 湿地广泛分布, 发现以松属为主的针叶树花粉可高达80%以上, 推断当地发育森林植被. 依据前人报道的全新世湿地-冲积黄土剖面并补充了典型全新世黄土-古土壤剖面, 开展了分子标志化合物组分的研究, 发现所有样品正构烷烃的高碳数部分均具有显著的奇偶优势, 并且以表征草本植物的正构烷烃C₃₁为主峰, 且C₂₇, C₂₉, C₃₁这三个有机分子中C₂₇的含量最低(C₂₇2931), 与研究区草原植被现代表土结果一致, 而与以C₂₉为主峰的森林草原现代表土结果有别, 也不同于当地现代松科植物以C₂₉为主峰的正构烷烃分布模式, 表明研究区全新世以草原植被为主, 并非前人报道的森林植被. 研究说明, 若将孢粉和分子标志化合物指标有机结合, 可以弥补因孢粉传播等带来的古植被重建方面的问题, 更好地解释植被变化.     

21 ka以来渭南黄土剖面的元素碳记录

以陕西渭南黄土剖面21ka以来的黄土样品为研究对象，获得了元素碳浓度及063613C值随深度（时间）分布曲线，元素碳浓度在20．16，17．76，11．97和4．49ka时期呈现峰值，这几个时段均属气候快速变化时期，其中，11．97和20．16ka时期的峰值较大，时间跨度约为几十年至几百年，可能代表短期的强度较大的古火灾事件，元素碳的δ13C值变化范围为－11．71‰－21．34‰，主要反映C4植物的同 位素组成特征，表明当时黄土高原植被类型以草原为主。     

黄土高原中部晚第四纪以来植被演化的元素碳碳同位素记录

黄土高原地质历史时期原生植被类型, C₃/C₄植物的时空演化规律等, 一直是黄土研究中争论较多的问题, 而黄土剖面元素碳碳同位素(δ¹³Cec)记录可能为植被演替变化提供新的依据. 元素碳(EC)是植被不完全燃烧的产物, 其碳同位素较先体植被变化很小, 从而可利用δ¹³Cec记录反演植被变化. 采用化学氧化法提取黄土高原中部灵台剖面黄土-古土壤序列中的EC物质, 并进行δ¹³Cec分析. 结果表明, 该地区为C₃, C₄植物混合植被类型, 大多数时段以C₃植物为主. 晚第四纪以来, 黄土高原C₃, C₄植物变化可能并不遵循简单的冰期-间冰期旋回变化模式, 而是呈现波动变化: L4时期C₃植物逐渐增多, S3时期C₃植物较多; L3~L2时期C₄植物增多; S1~S0时期C3植物再次增多. 在古土壤发育时期中, S3, S1时期C₃植物较多, S2和S0时期C4植物相对较多. 在黄土堆积时期中, L4和L1时期C₃植物较多, L3和L2时期C₄植物相对较多. 在冰期-间冰期旋回尺度上, δ¹³Cec揭示的植被变化与孢粉资料得到的结果较为一致; 与有机碳碳同位素(δ¹³Corg)所揭示的植被变化仅在末次冰期以来的时期较为一致.     

900 ka以来黄土-古土壤序列记录的风尘铁含量变化及其古气候意义

风尘中所含的铁是海洋生物的营养元素, 对浮游生物的生产力有重要影响, 从而对海洋吸收CO₂的量有调节作用, 进而影响全球气候. 从亚洲内陆产生的粉尘不仅堆积于黄土高原, 形成黄土-古土壤序列, 而且落入北太平洋等海域. 基于黄土高原中部的西峰和长武两个剖面, 对900 ka 以来风尘的铁含量及其时域变化特征进行分析, 结果表明, 不同时期的风尘铁含量具有明显的变化. 铁含量的波动总体上与冰期-间冰期旋回的变化差异较大, 不具明显的100 ka的周期, 而具有较强的准20 ka的周期和清晰的准40 ka周期, 显示北半球太阳辐射的变化对风尘铁含量有明显的控制作用. 900 ka以来, S5-1古土壤(深海氧同位素阶段13)的铁含量最高, 对应于900 ka以来大洋碳同位素值最高的时期, 表明该事件具有全球性的意义.     

黄土剖面中CaCO_3沉积旋迴与地球轨道要素变化周期

Hays等根据深海沉积物中古气候变化的记录曾指出,最近50万年里重大的气候变迁都跟随地球轨道几何要素的变化而发生,大陆上比较完整的黄土-古土壤序列大体上可以和第四纪深海沉积物剖面中δ~(18)O、有孔虫组合等的变化序列相对比,黄土剖面中CaCO_3含量变化既清晰地反映了黄土-古土壤序列的旋迥特征,还具有类似于深海沉积物中CaCO_3     

灵台红粘土-黄土剖面晚中新世以来钙质结核的碳同位素记录及其古植被指示意义

灵台红粘土-黄土剖面钙质结核的碳同位素记录表明:在东亚季风区,C_4植被至少在7.0Ma时已经存在;从4.0Ma开始,C_4植被逐渐扩张,但并未达到主导地位。与低纬地区相比,本区C_4植被的扩张滞后约3.0 Ma;晚中新世以来北美北纬37°以北地区C_4植被扩张要滞后于北纬37°以南地区,在东亚大陆区,此分界线似乎要更加靠南。从约2.0 Ma以来,黄土高原C_4植被又明显减少,这说明除CO_2含量和温度变化外,可能还有其他因素在对C_3/C_4植被的转换起一定作用。     

南方网纹红土内是否可能存在多个“沉积-成土”过程的旋回？

通过对安徽宣城向阳剖面Munsell指标、风化强度、磁学参数、稳定碳同位素等的研究, 提出几点与前期研究者的不同看法: (1)向阳剖面色调曲线与游离态铁(Fe_d )、铁游离度(Fe_d/Fe_t)、风化淋溶系数(BA)曲线表明, 顶部黄棕色土的风化程度偏低, 中、下部的风化程度普遍高于上部. 除了顶部黄棕色土层, 其余各层红色调深浅的变化, 与风化强度无必然的联系. 色调的变化可能是次生氧化铁矿物赤铁矿和针铁矿相对含量变化的结果. 因而仅以剖面内部不同层次间颜色的变化来判定存在“沉积-成土”序列, 是不充分的. (2)向阳剖面无网纹或网纹发育较弱的层次磁化率( χ )较高; 而在网纹发育的层次, 由于大量超顺磁颗粒(SP)和稳定单畴(SSD)被淋失或破坏, χ 低于均质红黏土近一个数量级. 向阳剖面c的控制因子并不是风化成土作用的强度, 因而不再有明确的古气候意义, 以χ 曲线来证实存在多个“沉积-成土”过程旋回是不正确的. (3)向阳剖面有机质δ ¹³C曲线说明研究地区自第四纪晚期以来, 森林缩减, C₄植物增加; 但仍无法证实该剖面存在多个“沉积-成土”过程的旋回. (4)目前的证据尚难证实向阳剖面存在类似黄土高原“黄土-古土壤”序列的沉积旋回.     

最近800ka黄土高原夏季风变迁的稳定同位素证据

近两年来,安芷生等认为黄土高原的黄土-古土壤序列记录了最近250万年亚洲冬季风占优势(以黄土为代表)和夏季风占优势(以古土壤为代表)气候期相互交替的变迁历史。黄土和古土壤中提取的稳定同位素信息表明,有机碳δ~(13)C值可作为黄土高原过去植被状况乃至生     

最近130ka黄土高原夏季风变迁的Rb和Sr地球化学证据

我国的黄土-古土壤序列完整地记录了最近2.5Ma东亚古气候的变化,其中的磁化率被证明是指示夏季风环流强弱的一个较好的代用指标.近年来,有关黄土和古土壤中磁化率成因已有多种模式提出,研究工作仍在深入.为此,从地球化学角度出发,在黄土-古土壤剖面中找出分辨率高、指示性强、成因清楚的气候代用指标,对于揭示磁化率的成因和指示古气候的变化均有重要意义.笔者在分析了大量元素之后,选择了Rb和Sr进行深入探讨,取得了较为满意的结果.由于Rb和Sr表生地球化学行为主要受风化成壤作用强度,尤其是土壤湿度控制,因此黄土-古土壤中Rb/Sr比有可能成为揭示黄土高原夏季风变迁历史的又一替代性指标.1 样品的采集与分析样品采自洛川黑木沟剖面,该剖面位于陕西省洛川县城南约5km(35°45′N,109°25′E).采样层位包括全新世黑垆土(S_0)、马兰黄土(L_1)、离石黄土顶部第1层古土壤(S_1)及其下伏黄土(L_2).采样从黑垆土底部开始,采样间距20cm.样品同时进行磁化率测试和Rb和Sr的含量分析.磁化率测量在中国科学院西安黄土与第四纪地质国家重点实验室完成,采用英国Bartington公司制造的MS2磁化率仪进行测试.Rb和Sr含量分析在南京大学现代分析中心进行,采用X射线荧光光谱方法(XRF),其分析误差为±1(×10~(-6)).     

塞尔维亚黄土的磁学性质及其环境意义

多瑙河流域的塞尔维亚发育着典型的风积黄土-古土壤地层,形成年代至少早于80万年.对塞尔维亚L1～S4黄土古土壤序列进行了系统的磁学参数测量分析,表明塞尔维亚黄土古土壤磁化率性质总体上与中国黄土高原是一致的,即磁化率的变化与成壤强度基本上呈正相关关系.无论是黄土层还是古土壤层,对磁化率起主要贡献的是细粒的超顺磁(SP)颗粒和单畴(SD)颗粒,多畴(MD)颗粒所占比例较小.磁化率在黄土层和古土壤层出现的差异,与成壤作用密切相关.随着成壤作用的增强(从黄土发育至古土壤),细粒的亚铁磁性矿物含量随之增加,样品中强磁性的磁性矿物逐渐增多,磁化率增强.高温热磁曲线研究表明,黄土层样品中对磁化率起主要贡献的是磁铁矿和磁赤铁矿,古土壤层样品则主要为磁铁矿,磁赤铁矿只占有较小的比例,特别是S3和S4古土壤样品,甚至在加热和退热过程中表现出有可逆变化的趋势,表明该剖面S3和S4古土壤层发育期间的成土条件,已经使得磁赤铁矿不再稳定,发生溶解改变,可能暗示了当时更加湿润的成土环境已经超过磁赤铁矿的稳定临界条件.     

蓝田玉山第四纪中后期黄土-古土壤序列环境磁学研究

用岩石磁学的各种方法反演沉积物中磁性矿物性质的变化是重建古气候历史的一个重要途径. 对位于黄土高原东南缘的陕西蓝田县玉山剖面厚约40 m的黄土-古土壤地层(L15~S5, L和S分别指示黄土层和古土壤层, 下同)进行了详细的磁学测量. 研究表明, 磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿、针铁矿是本剖面沉积物的主要载磁矿物. 典型层位样品的热磁分析显示成壤强度越高的沉积物加热前后磁化强度变化越小, 这可能与黄土沉积受次生改造的程度有关. 多个磁学参数记录表明, 玉山剖面L15~S5时期黄土沉积和古土壤次生发育所反映的古气候变化特征与黄土高原其他相关记录以及深海沉积记录都有显著区别, 这反映出区域地质背景的巨大影响. 从S9-1向L9的快速剧烈转变, 以及在转变前后两个阶段(L15~S9-1, L9~S6的底部)的古气候演化趋势的明显不同, 同时也反映了这一时期东亚夏季风和冬季风的消长对本区古气候磁性载体的强烈改造.     

陇西黄土高原末次冰期有机碳同位素变化及其意义

利用陇西黄土高原西南部高分辨率(100年间隔)的塬堡黄土剖面, 讨论了末次冰期有机碳同位素变化的控制因素. 结果发现, 该区域末次冰期以来有机碳同位素变化于−22.6‰ ~ −27.5‰之间. 与黄土高原东部地区不同, 研究区末次间冰段有机碳显著偏负于早晚末次冰期, 偏负达4‰. 末次冰期有机碳同位素指示了纯C₃植物对温度、降水和大气CO2浓度变化的耦合响应. 从末次冰期间冰段到盛冰期, 降温和大气CO₂浓度减少导致有机碳同位素偏正1.5‰ ~ 2.0‰, 塬堡剖面末次冰期有机碳同位素变化主要记录了季风降水的大幅度变化, 可以用来重建古降水, 估算出间冰段降水比盛冰期偏多250~310 mm, 比早末次冰期高出100 mm. 我们的研究还发现, 塬堡黄土剖面末次冰期有机碳同位素的波动可能记录了千年尺度季风降水的快速变化. 同时, 黄土高原有机碳同位素变化相当复杂, 不能简单将有机碳同位素变化归结成C₃/C₄丰度变化而用来指示夏季风强弱.     

黄土高原东南缘黄土-古土壤序列的环境磁学结果及其古气候意义

对黄土高原东南缘三门峡地区曹村黄土剖面L1~L13(时间跨度约1 Ma)的环境磁学研究表明: (1) 质量磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)和非磁滞剩磁(ARM)等及其组合磁参数均呈明显的线性相关关系. 由于超顺磁(SP)磁性颗粒对磁化率贡献最大而对剩磁(包括ARM和IRM)没有贡献, 因而这种线性关系意味着古土壤中由成土作用形成的磁性颗粒仍主要以相对偏细的单畴颗粒(SSD)为主, 而前人所认为的SP颗粒对磁化率的贡献可能被高估了; (2) 曹村剖面的磁粒度参数χARM/χ与黄土高原腹地典型黄土剖面的中值粒径曲线表现出很好的相似性, 在某种程度上反映了χARM/χ可以表征黄土-古土壤序列磁性颗粒的粒径相对变化; (3) 磁组分参数S-ratio和HIRM测试结果表明, 在由成土作用形成的低矫顽力强磁性矿物含量显著增加的同时, 高矫顽力的弱磁性赤铁矿/针铁矿的绝对含量也相应增加.     

甘肃西峰黄土-古土壤剖面的碳酸盐与有机碳的碳同位素差值(Δδ13C)的变化及其古环境意义

选取位于黄土高原中部的甘肃西峰剖面作为研究对象, 分析了该剖面末次间冰期以来土壤有机碳和全岩碳酸盐的碳同位素组成变化. 该剖面的土壤有机碳同位素组成(δ¹³C_SOM)变化范围为−23.8‰~−20.2‰, 间冰期偏高, 冰期偏低. 全岩碳酸盐的碳同位素组成(δ¹³C_TC)变化范围为−8.5‰~−3.6‰, 但总体显示出与δ¹³C_SOM值相反的变化趋势, 即δ¹³C_TC值在冰期偏高, 而在间冰期偏低. 土壤无机碳酸盐碳同位素与有机碳同位素的差值(Δδ¹³C)的变化范围为14.1‰~19.4‰, Δδ¹³C值的大小反映了源区原生碳酸盐物质在全岩碳酸盐中所占相对比例的多少. 据此, 计算了西峰剖面源区碳酸盐的贡献: 在黄土沉积阶段, Δδ¹³C值较大, 源区碳酸盐与次生碳酸盐的相对比例最高可达6:4; 而在古土壤(弱古土壤)阶段, Δδ¹³C值较小, 原生碳酸盐物质的相对比例低. 同时, 由于风尘颗粒包含了原生碳酸盐物质, 研究认为黄土沉积中的Δδ¹³C值变化指示了粉尘对黄土高原的贡献程度.     

北半球中纬度3个典型区域末次冰期以来土壤有机质稳定碳同位素变化的差异及其原因分析

针对北半球中纬度地区3个典型区域末次冰期以来土壤有机碳同位素记录之间存在的差异, 收集了相关的气候数据并结合前人现代过程研究的结果进行了有关的分析. 得到的认识表明: 温度, 特别是生长季节的高温对C₄植物生长具有明显的影响. 年均温和生长季节温度低至一定程度后, C₄植物的生长受限. 即使温度足够高, 生长季节异常干旱也不适于C₄植物生长. 当温度条件满足以后, C₄植物适应的降水范围较宽, 而当降水增加到适合乔木生长时, C₄植物比例将下降. 古植被记录与现代植被研究结果是一致的, 欧洲黄土记录的该区域末次冰期以来植被为纯C₃植物主要是由当地的低温造成的, 而中国黄土和美国中部大平原及其临近区域记录的晚更新世向全新世转化过程中的C₄植物比例上升可能主要反应了温度上升的影响.     

末次间冰期黄土高原夏季风气候的初步研究

中国黄土-古土壤地层序列的古气候研究表明,黄土高原的黄土是冬季风的产物,与之相间的古土壤则发育于夏季风环境效应优势期.约130～70kaB.P.的末次间冰期,黄土高原以夏季风强盛为其基本气候特点,发育了一套由三层复合的、成壤作用较强的古土壤S1.为了半定量地恢复这一时期黄土高原夏季风气候,我们布置了几乎覆盖整个黄土高原的三条大剖面线(图1(a)),沿线尽可能等间距选择典型地层剖面,对末次间冰期以来黄土-古土壤序列进行了实测,对各剖面的夏季风替代性指标-磁化率作了较为系统的测量.通过对104个地     

陕北洛川黄土中两种不同类型的伊利石

利用黏土矿物X射线衍射峰(XRD)拟合与分解的方法, 结合透射电子显微镜(TEM)和X射线能谱(EDX)分析, 发现在洛川黑木沟剖面黄土-古土壤序列(S₀-L₁₀)的黏土矿物中存在两种不同类型的伊利石, 一种是结晶度差、衍射峰宽且钝的伊利石, 其在<2µm的黏土矿物中的最高含量为55%; 另一种为结晶度好、衍射峰窄且锐的伊利石, 这两种伊利石的含量在剖面上呈明显的互补变化关系. X射线能谱分析表明, 与结晶度好的伊利石相比, 结晶度差的伊利石较富含K⁺, Si⁴⁺, 贫Al³⁺.