太阳活动对塔里木盆地南缘近4 ka以来气候波动的可能影响

西风区塔里木盆地南缘尼雅剖面各指标记录了近4 ka以来此地区的气候环境变化. 特别是沉积物平均粒径, 其十至百年尺度的波动与Greenland GISP2冰芯δ¹⁸O温度指标、大气剩余¹⁴C(residual Δ¹⁴C)曲线之间存在很好的吻合. 红色噪声谱分析(Redfit)所提取的196, 121, 97, 62, 45和33~30年等显著周期, 多数与太阳辐射变化的周期具有一致性. 结合广泛的区域对比, 进一步证明太阳辐射可能是本地区乃至全球数十年至百年尺度气候变化的重要驱动力.     

2 ka来苏干湖沉积碳酸盐稳定同位素记录的气候变化

选择位于柴达木盆地北缘的苏干湖作为研究对象. 利用²¹⁰Pb, AMS ¹⁴C以及常规¹⁴C等测年手段, 建立了苏干湖沉积岩芯2 ka以来的时间序列. 对湖泊沉积细颗粒中的碳酸盐进行碳、氧同位素分析. 结合流域地表水δ¹⁸O值的变化以及气温观测资料, 认为碳酸盐δ¹⁸O值指示了流域有效湿度的变化; δ¹³C值的变化与湖泊年内冰封湖面时期的长短有关, 间接指示了区域冬半年气温的变化. 在此基础上, 建立了2 ka来苏干湖地区气候变化序列, 其气候变化过程经历了5个阶段: 0~190 AD, 暖干; 190~580 AD, 冷干; 580~1200 AD(MWP), 暖干; 1200~1880 AD(LIA), 冷湿; 1880~1950 AD期间为冷干气候, 20世纪50年代以来, 气候变暖. 碳同位素反映的2 ka以来冬半年气温的变化与历史文献记录以及其他地质记录有很好的一致性, 表明苏干湖同位素记录的2 ka来气候变化具有普遍意义.     

宁夏南部13.0~7.0 14C ka BP期间的孢粉记录及古气候演化

宁夏南部海原剖面的孢粉记录揭示出, 13.0~7.0 ¹⁴C ka BP植被演替明显, 气候干湿波动显著. 末次冰期向全新世过渡期间, 气候波动频繁, 且具突变性. 12.1~11.0 ¹⁴C ka BP研究区植被由干草原迅速演化为森林, 湿度明显增加, 可与博令/阿勒罗得事件对比, 且表现为后期的暖湿程度明显高于前期; 11.0~9.8 ¹⁴C ka BP气候明显变干, 可与新仙女木期对比, 期间气候存在明显波动且表现为后期更干. 全新世早期气候波动明显, 但总体温暖偏干. 约7.6 ¹⁴C ka BP气候又开始变湿润. 研究区孢粉记录的气候干湿波动与全球性的气候变化具有可比性, 这对深入理解万年以来具有千年尺度变化的全球气候变化机制具有重要意义.     

西风区全新世以来湖泊沉积记录的高分辨率古气候演化

选择位于西风区的乌伦古湖为研究对象, 利用AMS¹⁴C测年手段建立了乌伦古湖沉积岩芯全新世以来的时间序列. 对湖泊沉积物中的孢粉、TOC, TN、有机δ¹³C_org、介形组合及其壳体δ¹⁸O, δ¹³C_carb等多项环境代用指标的综合分析表明, 全新世以来乌伦古湖地区古气候经历了温干(10.0~7.6 cal ka BP)-暖湿(7.6~5.3 cal ka BP)-暖干(5.3~3.6 cal ka BP)-温干(3.6~2.1 cal ka BP)-温湿(2.1~1.3 cal ka BP)-凉干(1.3 cal ka BP以来)的变化过程. 随着气候的变化, 湖泊曾出现明显的高湖面时期(7.6～5.3 cal ka BP)和两次较大规模的退缩(5.3~3.6和1.3 cal ka BP以来). 乌伦古湖地区的气候环境演化与周边区域环境变化记录有很好的一致性, 响应了区域环境变化和全球气候突变事件, 基本遵循全新世气候变化的西风模式.     

鄂尔多斯高原巴汗淖湖泊记录的全新世气候变化

通过对鄂尔多斯高原中部的巴汗淖湖泊沉积物的环境代用指标综合分析, 以AMS ¹⁴C测年为基础, 重建了鄂尔多斯高原全新世的气候变化历史. 分析结果显示: 鄂尔多斯高原约7.65 ¹⁴C ka BP前气候寒冷干燥; 7.65 ~ 5.40 ¹⁴C ka BP气候温暖湿润, 其中7.65 ~ 6.70 ¹⁴C ka BP气候相对暖湿, 以湿度条件改善更明显, 随后6.70 ~ 6.20 ¹⁴C ka BP气候偏暖干, 6.20 ~ 5.40 ¹⁴C ka BP研究区温湿组合状况最佳; 5.40 ¹⁴C ka BP后鄂尔多斯高原总体向干凉方向发展, 但在4.70 ~ 4.60 ¹⁴C ka BP和4.20 ~ 3.70 ¹⁴C ka BP出现两个明显的相对湿润时期; 约3.70 ¹⁴C ka BP后巴汗淖湖泊完全干涸.     

西藏喜马拉雅冷杉年轮δ 13C与气候意义

对采自青藏高原东南部林芝地区的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后, 分析了喜马拉雅冷杉年轮 δ ¹³C序列与气候要素之间的关系. 去除大气CO₂浓度升高导致大气CO₂中δ ¹³C下降和生长趋势的影响后, 建立树轮δ ¹³C值的残差序列Δ¹³C. 利用附近林芝气象站的气象资料, 分析了树轮Δ^{13C序列对气候要素的响应. 结果表明: 冷杉δ 13C的高频振荡与该地区前一年的9～11月降水和相对湿度存在较好的相关性, 并存在强的滞后效应. 通过建立回归方程重建了该区域的秋季(9～11)月相对湿度序列, 解释方差达37.9%. 重建相对湿度序列表明1800年前相对湿度变化周期较短、变幅较小, 1800～2000年则相反.}     

南海20万年来的碳同位素记录

根据南海8个站位浮游有孔虫δ¹³C的汇总, 得出近20万年来的综合曲线, 经过对比发现其变化与太平洋和大西洋的浮游有孔虫δ¹³C变化的规律一致, 均显示出偏心率长周期和岁差周期的变化, 而三次δ¹³C最低值均发生在冰消期. 可见大洋碳储库在冰期旋回中的变化, 不仅是对于冰盖消长的响应, 同时又直接受低纬过程(如季风)的驱动.     

晚冰期以来青海湖地区气候变迁受西南季风控制的介形类壳体氧同位素证据

晚冰期以来青海湖QH-2000孔沉积物介形类壳体δ¹⁸O记录可以作为季风强度变化的一项很好的指标. 17.5~11 cal.kaBP期间, δ¹⁸O偏正, 平均为2.37‰, 季风带来的降水较少; 11~10 cal. kaBP期间, δ¹⁸O快速由偏正转为偏负, 季风强度快速增强; 10~6.0 cal.kaBP期间, δ¹⁸O整体偏负, 平均为-2.15‰, 季风强度达到了最大; 6.0~2.5 cal.kaBP期间, δ¹⁸O值波动增加, 2.5 cal.kaBP以来, δ¹⁸O波动维持在3.0‰左右, 季风强度减弱. 区域对比研究表明, 青海湖地区晚冰期以来的气候并非受东南季风的影响, 而主要受西南季风的控制.     

天山北坡晚全新世云杉林线变化和古环境特征

林线位置的变化, 是地质历史时期和现代诸多环境因素综合作用的结果, 可用来指示全新世气候的波动. 雪岭云杉(Picea schrenkiana)作为新疆天山北坡山地针叶林的建群种, 其分布范围和种群大小对气候变化反应敏感. 本文选取新疆吉木萨尔县泉子街乡桦树窝子村典型自然剖面和邻近的小西沟考古遗址剖面进行较高时间分辨率的孢粉分析和对比, 结合地层¹⁴C 年代分析和文化层炭屑扫描电镜显微结构鉴定, 表明两个剖面在2000~1300 aBP同一时段的地层中均出现云杉花粉百分含量的峰值, 云杉花粉分别达到20%和35%以上, 并与小西沟文化层中雪岭云杉炭屑的年代相吻合, 揭示出在2000~1300 aBP时段, 天山北坡雪岭云杉林的林线相对现今下移约330 m左右.     

青藏高原北部马兰冰芯记录所揭示的近200年来沙尘天气发生频率变化趋势

通过对青藏高原北部马兰冰芯污化层状况的分析, 提出该冰芯中污化层厚度比率是沙尘天气 发生频率的良好指标, 并揭示出近200年来马兰冰芯中污化层厚度比率呈降低趋势, 指示了这一时期沙尘天气发生频率呈减少趋势. 降水增加以及由气候变暖所引起的西风环流强度的可能减弱, 是马兰冰芯记录所揭示的近200年来沙尘天气发生频率呈减少趋势的主要原因. 研究还发现, 马兰冰芯中污化层厚度比率与δ¹⁸O值之间存在着显著的负相关, 这对研究大气尘埃含量与气候变化之间关系具有重要意义.     

陡山沱期古海水的硫和碳同位素变化

利用从碳酸盐岩中提取微量硫酸盐的方法, 实现了扬子地区陡山沱组海相碳酸盐岩地层连续的硫和碳同位素组成测定. 未受成岩作用改造的同一样品的硫和碳同位素分析结果能够同时给出扬子地区陡山沱期古海水的硫和碳同位素组成. 获得的高分辨率陡山沱期硫酸盐的硫同位素年代曲线可能反映了“雪球地球”事件之后全球古海洋的硫同位素变化趋势, 它与同时期的碳同位素年代曲线变化相似. 陡山沱期早期古海水的δ³⁴S值出现超过20‰的正漂移, 同期δ¹³C值也出现高达10‰的正漂移, 使古海水的δ³⁴S值和δ¹³C值分别达到+46.4‰和+6.9‰的高值. 在陡山沱期中期古海水的δ³⁴S值的变化幅度相对较小, 对应于较高的δ¹³C值. 随后, 古海水的δ³⁴S值呈现较强烈的振荡, δ¹³C值也有类似表现. 在陡山沱期末期海水的硫和碳同位素都出现了大幅度的负漂移, δ值分别降到-10.1‰和-5.7‰. 扬子地区陡山沱期古海水的硫和碳同位素组成与变化意味着南沱冰期之后的海洋环境发生了急剧变化, 环境十分有利于生物繁衍与活动, 那时的生物产率和有机碳埋藏速率曾达到很高的水平. 不过, “雪球地球”之后的环境并不稳定, 全球的气候与环境可能都曾发生过波动与反复. 发生在陡山沱末期海水的硫和碳同位素的负漂移是一次全球性事件, 可能与深部海水氧化有关.     

令戈错湖芯重建过去17ka青藏高原大气环流变化

亚洲季风和西风作为北半球重要的大气环流系统,对青藏高原冰川进退、水量平衡及生态环境变化具有重要意义.大量研究重建了两者的强弱变化,但是末次冰消期以来,西风与亚洲季风强度变化仍然存在争议.青藏高原中部令戈错湖泊岩芯样品重建的末次冰消期以来令戈错粒度与介形虫氧同位素记录表明,17~11.7 ka,令戈错水位较浅且波动频繁,西风是气候变化的主要影响因素,研究区环境变化与北大西洋冷事件关系密切;11.7~10ka,对应于印度季风的增强,令戈错水位迅速升高,冬季风力变小,印度季风取代西风成为控制环境变化的主要因素;10~8 ka之后,令戈错水位略有降低,可能对应于印度季风的减弱或者冰川融水的减少;8 ka之后,响应于印度季风逐渐减小,令戈错逐渐萎缩,西风可能存在增强.末次冰消期以来西风与印度季风强弱演替历史可以归纳为:16.5 ka之前,中纬度西风强盛,青藏高原大部分区域均由西风控制,与北大西洋气候变化表现出较好的耦合关系;16.5~11.5 ka气候格局与现今类似,西风控制着青藏高原中-北部地区,而青藏高原南部受印度季风影响更大.早中全新世,夏季太阳辐射增加,印度季风增强;晚全新世,印度季风减弱,西风可能对青藏高原西部以及北部存在影响.     

东非大裂谷埃塞俄比亚段内C3植物叶片δ13C和δ15N及其环境指示意义

在中国科学探险协会的资助下, 对东非大裂谷埃塞俄比亚段内不同区域植物叶片稳定碳(δ¹³C)和氮(δ¹⁵N)同位素比率进行了分析, 探讨了植物叶片δ¹³C和δ¹⁵N的分布特征及其与环境要素之间的关系. 结果表明在冷湿环境下C₃植物叶片δ¹³C的平均值为(-26.7±0.4)‰; 温暖湿润环境下为(-29.7±0.6)‰; 干热环境下为(-26.9±1.2)‰. 植物叶片δ¹⁵N的分布区间为(-1.4±1.7)‰~(14.3±0.1)‰, 生长在干燥炎热环境的植物表现为较高的δ¹⁵N, 温暖湿润环境的δ¹⁵N居中, 高海拔冷湿环境植物δ¹⁵N最小. 植物叶片δ¹³C和δ¹⁵N之间的关系型可分为3类: 分别代表寒冷湿润、温暖湿润和干燥炎热的生长环境, 反映了植物生长环境的异质性. 植物δ¹⁵N与年均降雨量和海拔均为极显著负相关(P < 0.001); 与年均温度显著正相关(P < 0.01). 年降雨量每增加100 mm, 海拔每增加1000 m, 植物δ¹⁵N分别偏负1.0‰和2.0‰; 年均温度每增加1℃, δ¹⁵N平均值则偏正0.5‰. 降水和温度与氮同位素存在相关关系, 解释方差分别为53.6%和31.8%, 因此降水和温度对C₃植物氮同位素分馏起主要作用. 植物δ¹³C与年均温度呈弱正相关关系, 但与年平均降水和海拔的关系均表现为二次曲线型. 当降雨量低于1019.3 mm, 海拔低于2400 m时, δ¹³C随降雨量和海拔的增加而偏负, 而当降雨量与海拔高于此值时, δ¹³C随二者的增加而偏正. 研究结果说明海拔变化引起水热条件的改变对植物碳同位素分馏的影响存在一个转换点.     

新疆柯坪地区新元古代晚期地层碳同位素组成及其对比

新疆柯坪地区新元古代晚期海相碳酸盐岩地层的碳同位素测定结果表明: 奇格布拉克组和苏盖特布拉克组上亚组碳同位素组成总体以正δ¹³C值为主, 并且在奇格布拉克组下部出现了一个明显的 δ¹³C正漂移; 在寒武系与奇格布拉克组之间、苏盖特布拉克组上亚组顶部及底部等3个层位出现了3个δ¹³C负漂移. 这些特征与华南三峡地区新元古代晚期碳同位素变化特征相似, 表明苏盖特布拉克组上亚组和奇格布拉克组分别相当于三峡地区的陡山沱组中、上部和灯影组. 其中苏盖特布拉克组上亚组顶部的δ¹³C负漂移对应于三峡地区陡山沱组顶部的负漂移, 而苏盖特布拉克组上亚组底部的δ¹³C负漂移可同陡山沱组中部以及库鲁克塔格地区汉格尔乔克组冰碛岩顶部的δ¹³C负漂移对比.     

以树轮晚材宽度重建公元1726年以来贺兰山北部5~7月降水量

通过分析早材宽度(EWW)、晚材宽度(LWW)、整轮宽度(TRW)、最小密度(D_min)和最大密度(D_max)共计5个树轮标准年表的统计特征及其各自气候响应, 最终以晚材宽度对贺兰山北部公元1726年以来5~7月的降水进行了重建, 方差解释量42%(R²_adj=0.41, F = 31.46, P < 0.000001). 11年滑动平均后, 方差解释量达82%(F=156.9, P<0.05). 重建降水序列在10年际尺度上与内蒙古东部白音敖包地区4~7月上旬降水具有相当好的一致性, 在一定程度上反映了东亚夏季风锋面强弱的变化. 谱分析检测出贺兰山北部5~7月降水序列主要存在11和22年的波动周期.     

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&#8722;23.8‰~&#8722;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&#8722;8.5‰~&#8722;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.     

沉积物的单体异构和环烷烃碳同位素研究

对抚顺油页岩中异构和环烷烃进行了分离, 研究了单体碳同位素组成特征, 探讨了其生物地球化学意义. 结果表明, 使用5Å分子筛长时间冷络合的方法, 使其饱和烃中异构和环烷烃与正构烷烃完全分离, 满足了GC-IRMS的分析要求. 异构和环烷烃单体碳同位素组成指示了它们主要来自养光合藻类、化学自养细菌(δ¹³C值为&#8722;33.4‰~&#8722;39.0‰)和甲烷自养细菌(δ¹³C值为&#8722;38.4‰~&#8722;46.3‰), 只有高碳数2-甲基-异构烷烃δ¹³C值反映了高等植物的成因. C₃₀ 4-甲基甾烷碳同位素组成最重(δ¹³C值为&#8722;22.4‰), 表明其先质甲藻所利用的碳源或生长条件有所不同. 藿烷异构体之间δ¹³C值的变化规律说明它们异构化过程中富集¹³C的先质优先被异构化. 对甲烷自养细菌成因藿烷的认识揭示了有机质的生物地球化学强烈改造作用和有机碳的循环过程.     

冰芯记录的南印度洋“南极绕极波”近期信号

利用 1996 年中国南极考察期间在东南极冰盖Princess Elizabeth地区钻取的冰芯(DT001), 对1745~1996年冰芯δ ¹⁸O和海盐气溶胶离子变化进行了分析研究, 研究表明可以用主要化学离子的经验正交函数分析的第一特征向量(EOF1)代表海盐气溶胶传输强度, 是南印度洋准稳态低压带平均海面气压(SLP)的代用指标; δ ¹⁸O则反映该低压带中海表气温(SST)的变化; 冰芯近20年的记录反映了SST和SLP的4次连续波列, 分别对应于NCEP/NCAR资料再现的4列“南极绕极波”(ACW), 且冰芯中SST和SLP代用指标间存在的1~2年位相差也与ACW中SST和SLP间的位相差一致. NCEP/NCAR再分析资料和DT001冰芯记录表明1958~1980年间没有连续和显著的ACW信号. DT001冰芯过去252年长期记录中SST与SLP之间没有1年的位相差关系,不具备ACW基本特征, 从而反证了南印度洋没有ACW的长期连续信号, 1980s后的ACW极可能是ACW启动区发生气候转型后新出现的气候波类型. 但从Na⁺与δ ¹⁸O十年平均变化和位相关系看, 极可能还存在周期约21年的年代际气候振荡.     

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.     

全新世季风气候演化与干旱事件的湖北神农架石笋记录

基于湖北神农架山宝洞SB10石笋的14个²³⁰Th年龄和266个氧同位素数据, 建立了11.5~2.1 kaBP时段东亚季风降水序列. 该记录表明: 11.5~9.3 kaBP, 季风降水处于持续增长期; 9.3~4.4 kaBP, 该时段为降雨丰沛的湿润期, 4.4~2.1 kaBP, 该时段为降水较少的干旱期, 其长期演化趋势大体类似于北纬33°夏季日辐射能量曲线. SB10石笋δ¹⁸O记录揭示了4.3 kaBP前后季风降水突然减少, 反映了植被-大气-气溶胶对太阳辐射减少的正反馈效应, 该事件与4 ka左右中国新石器文化断层基本同步. 从早全新世平均分辨率20年的石笋降水记录中识别出8.2, 8.6, 9.3, 10.2和11.0 ka显著干旱事件, 可与格陵兰冰芯δ¹⁸O记录的降温事件进行对比, 反映了早全新世北半球低纬季风与极地气候受同一机制的驱动.