皖南风尘堆积-土壤序列的磁性地层学列的磁性地层学研究及其古环境意义

对位于长江下游地区的安徽宣城、繁昌两个风尘堆积典型剖面进行了系统的磁性地层学和沉积学研究, 并对宣城剖面上部的样品进行了热释光测年. 结果表明, 宣城剖面松山/布容(B/M)界限位于剖面中网纹红土的中、下部, 而该剖面风尘堆积的下界位于B/M界限以下, 年代约为0.85 MaBP. 繁昌剖面全部形成于布容期. 该结果同时指示, 我国南方的网纹红土不全是第三纪遗留的产物, 最新一期的网纹红土形成于0.78 Ma (B/M界限)以后, 表明我国南方中更新世经历了极端的暖湿气候, 应当与北方黄土-古土壤序列中的S4和S5对应. 0.85 MaBP前后长江中、下游开始出现持续的风尘堆积, 是该区环境对中更新世全球性重大气候变化的响应. 当时东亚冬、夏季风同时加强, 冰期与间冰期气候反差加大导致的河流水文状态变化为风尘堆积的物源和搬运提供了有利条件.     

皖南风尘堆积-土壤序列的磁性地层学研究及其古环境意义

对位于长江下游地区的安徽宣城、繁昌两个风尘堆积典型剖面进行了系统的磁性地层学和沉积学研究, 并对宣城剖面上部的样品进行了热释光测年. 结果表明, 宣城剖面松山/布容(B/M)界限位于剖面中网纹红土的中、下部, 而该剖面风尘堆积的下界位于B/M界限以下, 年代约为0.85 MaBP. 繁昌剖面全部形成于布容期. 该结果同时指示, 我国南方的网纹红土不全是第三纪遗留的产物, 最新一期的网纹红土形成于0.78 Ma (B/M界限)以后, 表明我国南方中更新世经历了极端的暖湿气候, 应当与北方黄土-古土壤序列中的S4和S5对应. 0.85 MaBP前后长江中、下游开始出现持续的风尘堆积, 是该区环境对中更新世全球性重大气候变化的响应. 当时东亚冬、夏季风同时加强, 冰期与间冰期气候反差加大导致的河流水文状态变化为风尘堆积的物源和搬运提供了有利条件.     

南方红土网纹: 古森林植物根系的土壤学证据

对南方红土进行网纹宏观形态的观察和土壤微形态及化学成分分析,结果显示红土网纹是有植物根系的外形特征并保存了能够明确证实根系存在的中柱（ｓｔｅｌｅ）遗迹,网纹周边留有根系对根围挤压的微结构痕迹,网纹白色部分经历了脱铁的化学过程,这些证据表明南方红土网纹是古森林植物的根系遗迹。     

山西宁武公海湖泊岩芯的环境磁学特征及中世纪暖期湿润气候探讨

对山西宁武公海GH09B1孔2.8m长岩芯进行的磁化率、非磁滞剩磁、等温(饱和)剩磁、J-T 曲线、磁滞回线和XRD 等测试结果表明, GH09B1 孔岩芯磁性矿物以磁铁矿为主, 磁性矿物含量高的岩芯段, 磁性颗粒也较细, 形成于湖盆流域土壤发育较强、降水量较多的时期, 而磁性矿物含量低的时期则相反. 公海湖泊沉积物环境磁学参数变化主要受控于湖盆流域土壤发育程度, 进而指示亚洲夏季风强弱, 尤其是χ与S_-300 参数清晰地记录了近1200 年来宁武公海地区夏季风的变化历史, 发现中世纪暖期(910~1220 AD)显著湿润, 夏季风强盛, 这一结果得到同岩芯孢粉记录的支持. 3~6 年分辨率的环境磁学参数记录还显示, 中世纪暖期内部存在980~1050 AD 的次级干旱阶段. 公海沉积物磁学参数记录的近千年夏季风变化与历史文献记载、万象洞石笋氧同位素和气候模拟结果一致, 共同指示了中世纪暖期季风强盛的湿润气候环境且内部存在百年尺度的气候干湿波动. 环境磁学参数可作为高分辨率湖泊沉积记录的季风气候变化的有效参数.     

阿拉善高原中全新世干旱事件的湖泊记录研究

中国国内普遍流行的观点认为, 中国中全新世是一个夏季风盛行的温暖湿润时期, 称作全新世“最宜期”或“大暖期”. 内蒙古西部阿拉善高原的湖泊沉积和湖泊地貌则显示了一种相反的状况, 这一区域中全新世气候干旱, 黑河的终闾湖泊居延泽、石羊河的终闾湖泊潴野泽和腾格里沙漠东缘的头道湖均经历了湖泊缩小或干涸过程, 时代为距今7000 ~ 5000日历年. 潴野泽高分辨率(50年)的孢粉记录显示, 季风边缘区的石羊河流域, 特别是祁连山地的植被发生显著衰退, 降水减少. 中全新世的干旱事件存在于现代夏季风边缘区的较大范围, 包括阿拉善高原、鄂尔多斯高原、内蒙古高原中东部, 甚至黄土高原南部, 指示了东亚夏季风在全新世期间的一次大衰退. 中全新世东亚夏季风衰退期间气候寒冷, 这在青藏高原及其周边山地尤为明显.     

南方网纹红土多元成因的粒度证据

对宣城、九江、泰和和赣州网纹红土粒度特征的研究表明: (1) 宣城和九江两地的网纹红土, 粒度均匀而细小, 不含>2 mm的砾石; >63 μm细砂粒的平均含量分别为0.30%和1.14%; 而10~50 μm粒组明显富集, 平均分别为34.65%和37.20%. 剖面上部黄棕色土的粒度频率分布曲线与北方黄土和下蜀黄土很相近; 其余各层的频率分布曲线与前者也有明显的继承性. 剖面各层石英颗粒粒度频率分布曲线十分一致, 与北方黄土和下蜀黄土有很好的可比性. 这些特征均反映了两地网纹红土明显的风成特性. (2) 泰和、赣州网纹红土粗颗粒含量较高; 各粒级组分在层次间变化明显; 10~50 μm 粒组富集不明显. 红土原样和红土石英颗粒粒度频率分布曲线与北方黄土和下蜀黄土缺乏可比性, 表现出明显的冲、洪积相特征. (3) 网纹红土成因的多元性反映了南方第四纪环境的多样性和复杂性. 风成特性网纹红土的存在为南方第四纪冰期风尘堆积提供了实物证据. 对这类红土分布区域的进一步调查和研究, 有助于揭示南方第四纪冰期大规模风尘堆积的南界.     

14ka BP以来二龙湾玛珥湖沉积物记录的高分辨率气候演变

对中国东北吉林省境内的二龙湾玛珥湖0～900cm沉积物进行了精确年纹层计数和210Pb,137Cs,14C同位素定年,在中国北方建立了高分辨率的第四纪末期地质时标;并通过对该湖沉积物干密度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、TOC/TN比值及有机碳同位素(??13Corg)等指标的分析,结合岩性、孢粉组合等特征,重建了该地区14kaBP以来的环境和气候变化历史,划分了6个气候阶段:全新世之前14～11.4kaBP为高频振荡的气候过渡期(I);全新世(11.4kaBP)以来,气候虽有冷暖交替,整体呈增温趋势,大体经历了5个气候阶段(II～VI):II,暖湿气候期(11.4～9.05kaBP);III,冷暖波动气候期(9.05～7.4kaBP);IV,平缓增温气候期(7.4～4.2kaBP);V,适宜气候期(4.2～1.67kaBP);VI,温凉变干气候期(1.67kaBP至今).每个气候期多以升温开始,中间往往有冷暖波动,最后却以一个快速冷却事件结束.这种不等间距的气候变化的周期有越来越缩短加快的趋势.每个周期气候快速变冷事件发生在下列一些时段:9.4～9.05,8.5～8.2,7.8～7.4,4.6～4.2,3.7～3.25,2～1.67及0.3～0.03kaBP.约1920AD气候转而升温,预示着一个新的气候期开始.     

广西百色盆地大梅南半山遗址发现与玻璃陨石共生的手斧

新近在广西百色盆地大梅南半山旧石器时代遗址发掘出土手斧等176件石制品, 保存于第Ⅳ级阶地网纹红土之中, 石制品的性质与百色盆地其他遗址发现的类似. 手斧和手镐等石制品与同时发现的155件玻璃陨石处于同一层位, 这些玻璃陨石的相关特征显示原生埋藏的性质, 证明百色手斧的埋藏年代与亚-澳散布区玻璃陨石的降落年代一致, 距今约0.8 Ma. 在网纹红土层之上的堆积物中还发现丰富的石制品, 进而暗示生活在百色盆地的早期人类, 曾亲历并成功地躲过早中更新世之交的这次重大的天体事件.     

东亚夏季风年代际进退与中国和全球温度变化的联系

利用现代大气观测与中国东部历史旱涝记录等资料,提取中国东部区域干湿分布型变化的年代际信号并揭示了东亚夏季风年代际进退与中国和全球平均气温的可能联系.在东亚夏季风进退、中国东部干湿型分布和中国及全球平均气温变化的关系中,季风推进偏北时期对应中国东部"北湿南干"的气候分布格局,以及中国和全球年代际偏冷;反之对应中国东部"南湿北干"的气候分布格局,以及中国和全球年代际偏暖.在近千年东亚夏季风干湿型指数序列和去百年以上气候背景后的全球平均气温序列中,年代际主频振荡信号集中于60a左右.     

贵州七星洞全新世石笋的氧同位素记录及其指示的季风气侯变化

对贵州七星洞的石笋进行了TIMS铀系测年和氧同位素组分分析,建立了最近7.7ka石笋δ^18O值的变化序列。重建了贵州地区7.7kaBP以来的季风气候变化：7.7-5.8kaBP,适宜期内的夏季风强盛期;5.8-3.8kaBP,夏季风的稳定减弱期;3.8-0.15kaBP,减弱的夏季风及 气候大幅波动期。并指出7.7kaBP以来石笋δ^18O值增加趋势既反映了北半球夏季太阳辐射减少引起的夏季风减弱,也反映了西南季风降雨对该地区的贡献相对减少,这与模拟结果所表明的西南季风强度变化相一致;δ^18O值大幅度的波动变化则可能表明与降雨量变化相联系的不同季风降水云团对该地区降雨贡献的剧烈变化。     

岭南粤东北地区晚第四纪红土与棕黄色沉积物的古气候转变记录

通过对南岭以南的粤东北地区河流沿岸晚第四纪地质调查, 并主要以对临江地层剖面为代表的红土与棕黄色粉砂的时代、主氧化物——SiO₂, Al₂O₃, TOFE(Fe₂O₃+FeO)和CIA值反映的古环境的研究结果认为, 该地主要分布于一级阶地的红土属末次间冰期(距今132~73 ka)湿热的类似于现代热带北缘季风气候环境背景下形成的网纹红土; 上覆棕黄色粉砂层主要是末次冰期(距今73~11 ka)暖温带季风气候环境的堆积, 其中的风成砂——LJ3层位代表了其时气候恶化的极端时期. 这一看法与前人对岭南及其以东的大量的古生物指示的古生态的研究结果颇为吻合. 由此表明, 粤东北甚至整个岭南地区从末次间冰期到末次冰期、从红土为嗣后的棕黄色粉砂沉积替代(甚至从大熊猫-剑齿象动物群演替为澎湖动物群), 生物气候带确实经历了一场大规模的急剧的古地理环境变迁, 这一研究可为全球变化影响下的中国低纬区域万年尺度的环境响应提供一个重要的地质学实证.     

中更新世气候转型:特征、机制和展望

中更新世转型(mid-Pleistocene transition,MPT)的特征、机理及其影响一直是古气候研究的热点问题之一.通过综合分析全球代表性的地质记录,揭示出海洋和陆地气候变化在中更新世(距今~1.2至~0.7 Ma)多表现为从准4万年到准10万年的主导周期转型,但低纬地区水文气候的周期变化不显著.数值模拟研究表明,地球轨道参数变动引起的太阳辐射变化可能是冰期-间冰期气候旋回的根本驱动,而下垫面和大气CO2浓度变化的反馈机制则触发了中更新世气候周期转型并放大冰期-间冰期的波动.因此,MPT是地球气候系统内外部多个因素共同作用的结果.未来研究一方面应加强中低纬地区水文循环变化研究,关注中更新世气候转型影响的区域差异;另一方面通过整合气候重建和模拟结果,辨析区域气候变化响应差异的主要诱因.     

水洞沟遗址沉积-地貌演化与古人类生存环境

宁夏水洞沟遗址是中国北方具有特殊学术意义的旧石器时代晚期遗址, 该遗址剖面是中国宁夏-内蒙干旱区晚更新世-全新世具有代表性的标准地层, 它蕴含古人类活动遗存, 保存丰富的孢粉和脊椎动物化石记录, 建议将该遗址晚更新世剖面定为“水洞沟组”标准剖面. 旧石器时代古人类在水洞沟地区活动的年代为30~24 ka BP, 属MIS3阶段晚期. 当时气候较现今温暖湿润, 植被为阔叶疏林草原, 食草动物繁盛; 水洞沟小河已经形成. 由于降水较多, 沿河形成一些积水洼地, 水草丰盛, 环境条件适于古人类狩猎和栖息. 新石器时代古人类在此活动年代为9~5 ka BP, 环境条件与MIS3阶段时大致相同, 适于古人类生存. 由于尚未发现未次冰期冰盛期古人类生存的证据, 推测气候进入盛冰期时, 人类一度离开本区, 说明气候环境变化对人类活动具有重要的影响和制约作用.     

深海氧同位素8期东亚夏季风旋回与事件的湖北神农架洞穴记录

根据神农架三宝洞一支长610 mm石笋的7个²³⁰Th 年龄和355个δ¹⁸O数据, 将该洞石笋季风记录延伸至深海氧同位素8阶段(MIS8). 虽然²³⁰Th年龄在该时段的误差达3~4 ka, 但根据石笋剖面δ¹⁸O的波动幅度(3.4‰)以及沉积速率的相对稳定性, 获得了284~240 ka BP连续的东亚季风气候记录. 石笋δ¹⁸O记录的岁差旋回与北半球65°N太阳辐射能量曲线类似, 这进一步支持了轨道尺度太阳辐射直接控制亚洲夏季风变化的假说. MIS8至少存在6个千年尺度的夏季风增强事件(振幅>0.5‰, 持续时间>1 ka), 叠加于轨道尺度的季风气候旋回之上. 邻近冰消期的3个显著的夏季风减弱事件大致可与北大西洋冰漂碎屑事件对比, 说明此类全球性特征的千年尺度事件持续发生在更老的冰期气候边界条件下. 与最近两次冰消期相似, 倒数第三次冰消期也表现为两个阶段的变化过程, 即阶段1为夏季风减弱时期(约250~244 ka BP), 此时期南极温度和CO₂浓度缓慢上升; 阶段2(244 ka BP附近)为夏季风快速增强时期, 与CH₄浓度突变同步, 南极温度和CO₂浓度则达到最大值. 北半球高纬度太阳辐射能量的变化有可能触发了冰消期的开始, 而南半球温度变化则是终结东亚季风倒数第三次冰消期的要素之一.     

黄土高原现代植被花粉稳定同位素基本特征

中国黄土地层的稳定同位素特征与黄土高原气候环境特征的关系前人已做过一些工作,并取得了一些很好的成果.耿安松等指出黄土地层中碳酸盐的δ~(13)值越低显示生物活动越强气候越温湿,反之气候越冷干生物活动越弱则碳酸盐的δ~(13)C值越高,可以用做古气候代用指标.魏明建等做出了较详细的碳酸盐碳、氧同位素序列,其中δ~(13)C序列可与深海沉积同位素气候曲线对比,与磁化率、全氧化铁气候曲线的波动一致,表明是一种较好的气候指标.同时指出:由于其易迁移所以时间分辨率较低,且记录的气候变化超前于其他指标.谭桂声等研究了钙质结核碳、氧同位素组成,认为δ~(13)C主要指示古土壤发育时的环境降水量,δ~(18)O指示土壤发育时的环境温度,δ~(13)C-δ~(18)O直线指示控制古土壤形成环境的古夏季风风场.     

鹤庆深钻孢粉记录揭示的2.78 Ma以来植物多样性演化及其与古环境的关系

综合分析根据鹤庆深钻孢粉数据计算的多种孢粉多样性指数, 认为鹤庆地区2.78 Ma以来, 植物多样性分别在2.729~2.608, 1.176~0.342 Ma和自0.118 Ma以来快速增加、波动幅度和波动频率也明显变大, 而其他时期植物多样性则相对较低、波动较小. 对古植物多样性与古环境关系的进一步探讨显示, 鹤庆地区的古植物多样性取决于周围山地垂直植被带的增减与各植被带组成成分的丰富程度, 并受控于山体构造抬升与气候变化的幅度. 2.729~2.608 Ma期间的植物多样性高值响应于此阶段的山体强烈抬升; 而开始于1.176 Ma左右的植物多样性大大增加、波动幅度和波动频率明显变大是对中更新世气候转型的明显响应; 随后一次发生在0.991 Ma附近的植物多样性及其波动幅度与频率进一步增加, 则可能是受中更新气候转型与构造抬升的叠加影响; 自0.118 Ma以来的植物多样性增加, 可能指示了西南季风增强, 湿润的气候更适合多种植物的生长.     

新仙女木时期东亚夏季风降水不稳定的证据

通过位于沙漠 /黄土边界带的杨桃峁剖面AMS14 C年代和磁化率、粒度、有机质总量等气候代用指标的测定分析 ,认为新仙女木 (Youngerdryas)气候事件在该区存在夏季风降水波动和不稳定性 ,反映了东亚季风区和极地高纬地区Youngerdryas时期的气候差异 ,其原因可能是南北半球大气相互作用以及赤道太平洋地区气压异常 (ENSO)所致 .     

不同气候带内早更新世湖相沉积孢粉记录的环境对比

通过对位于非季风区的柴达木盆地、过渡区的临夏盆地两个早更新世典型湖相沉积剖面孢粉记录的研究, 揭示出早更新世柴达木盆地地带性植被整体以疏林草原/草原为主, 临夏盆地早期为柏疏林草原后演变为针叶林/针叶林草原而后又演变为疏林草原; 已有的季风区黄土高原孢粉资料表明三门古湖早期为疏林草原后演变为松林/针阔混交林, 泥河湾古湖为针叶林后演变为亚热带常绿阔叶林, 表明早更新世时自西向东湿润程度增加, 并且各地气候都较现在湿润, 暗示着当时存在较强的东亚夏季风.     

浑善达克沙地全新世气候变化

浑善达克沙地地质资料研究结果表明, 全新世夏季风存在多次盛衰变化, 有6次强盛期和7次衰弱期, 受季风周期性变化的影响气候湿润度及地表植被发生相似的周期性变化. 其中夏季风强盛、冬季风衰弱、湿度相对较大和地表植被盖度增大的时期与全球变化的温暖事件对应; 夏季风衰弱、冬季风增强、湿度相对减小和地表植被盖度减小的时期与中低纬度地区干旱事件和北大西洋寒冷事件对应. 而夏季风强度变化存在1456和494年的变化周期, 其变化韵律与全新世全球性寒暖变化保持一致.     

塬堡黄土剖面末次间冰期古土壤有机质碳同位素记录的夏季风演化历史

对黄土高原西部地区甘肃临夏塬堡剖面的末次间冰期古土壤有机质碳同位素分析发现，该地区在末次间冰期经历了5次夏季风增强事件，这些事件在古土壤地层、孢粉记录、磁化率以及古土壤有机质碳同位素组成上都有相应的反映。当夏季风增强时，有机质的δ^13C值和磁化率都相应增大。由于夏季风的增强引起当时地表植被类型发生变化，导致古土壤中有机质δ^13C值发生变化，故古土壤中有机质碳同位素组成是记录夏季风变化的良好指标。在这5次夏季风增强事件当中，第1，2，5次夏季风是以较平滑的方式到达其极盛期的，而第3，4次则是在到达极盛期之前经历了一个较小的寒冷事件。这5个夏季风增强事件的形成机制并非都是一样的，这说明了影响全球气候变化系统各种因素的复杂性。