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.     

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.     

中国南方的网纹红土与东亚季风的异常强盛期

基于土壤微形态学、黏土矿物学和土壤化学的方法, 对安徽宣城和广西百色中更新世的网纹红土进行了研究. 结果表明, 网纹红土经历了多阶段的气候波动, 因而是一种复合型的古土壤. 这些网纹红土的形成先后经历了三个主要阶段, 即均质红土形成期、白色网纹形成期和气候的冷暖波动期. 白色网纹是红色土壤基质经脱铁作用而形成, 代表了中国南方一个极端湿润气候期. 它指示在中更新世期间中国长江以南广大地区全年降水充沛, 当时夏季风极其强盛, 气候可能几乎全年都受到夏季风环流的明显影响.     

南海中更新世微玻陨石事件的年龄估算:海陆对比复杂性的一个例证

研究证实了中更新世微玻陨石层位于布容/松山(B/M)界线之下, 并根据南海ODP772A, 17957和17959柱状样同位素和古地磁资料推算的沉积速率, 计算出深海中更新世微玻陨石层的年龄早于B/M界线, 约为10～12 ka. 而黄土剖面中的中更新世微玻陨石层却位于B/M实测界线之上, 这是由于黄土中的B/M实测界线已向下偏离其真实位置所造成, 反映了古地磁极性事件在黄土剖面中记录的复杂性, 同时也增加了海-陆地层对比的难度.     

我国东北地区黄土堆积的磁性地层年代与古气候变化

我国东北地区有较广泛的黄土分布, 是环境变化的重要地质记录. 长期以来, 由于缺乏可靠的年代学证据, 对这里黄土沉积及其记录的古气候变化了解不多. 在广泛野外踏勘的基础上, 对具有代表性的科尔沁沙地南缘牛样子沟和平安村黄土剖面进行了磁性地层与光释光年代等测试, 结果表明, 牛样子沟剖面的B/M 界限位于深度27 m 处, 平安村剖面处于布容正极性期. 基于光释光年龄和磁性地层年代计算的黄土沉积速率外推, 科尔沁沙地南缘的黄土堆积应早于1.0 Ma. 黄土是半干旱环境下的粉尘堆积, 指示东北地区的半干旱气候至少在早更新世晚期已经开始. 这里黄土开始堆积的年代对应于中更新世全球气候转型, 可能为全球气候变冷驱动了亚洲内陆干旱化和较快粉尘堆积的假说提供了证据.     

南海中更新世微玻陨石事件的年龄估算:海陆对比复杂性的一个例证

研究证实了中更新世微玻陨石层位于布容／松山（B／M）界线之下，并根据南海ODP772A，17957和17979柱状样同位素和古地磁资料推算的沉积速率，计算出深海中更新世微波陨石层的年龄早于B／M界线，约为10－12ka，而黄土剖面中的中更新世微玻陨石层却位于B／M实测界线之上，这是由于黄土中的B／M实测界线已向下偏离其真实位置所造成，反映了古地磁极性事件在黄土剖面中记录的复杂性，同时增加了海－陆地层对比的难度。     

周口店早更新世哺乳动物化石新材料的初步研究

1985年,中国地质大学(武汉)曹伯勋等在填制1/5万周口店幅地质图过程中,在周口店距猿人洞地点北东约2km、海拔140m的太平山北坡发现了一个富含哺乳动物化石的早更新世洞穴——裂隙堆积地点(太平山北坡东洞,简称东洞),当时他们在剖面上采到一些哺乳动物化石,后来对该地点的地层、孢粉及古地磁做了研究,认为该地点为早更新世晚期.1992及1993年,作者又用筛洗法在剖面上进行逐层采集,获得了一批以小哺乳动物化石为主的材料,     

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.     

川西甘孜黄土-古土壤序列的地球化学演化特征及其古气候意义

川西高原位于青藏高原的东南边缘, 气候主要受印度洋西南季风和高原季风的影响. 对川西甘孜地区甘孜寺黄土剖面地球化学特征的系统研究表明, 甘孜黄土在风尘源区经历了斜长石分解从而导致Na, Ca等活动性元素淋失的化学风化过程, 沉积后的化学风化主要表现为成壤过程中碳酸盐的淋溶淀积及Fe²⁺的氧化. 甘孜寺剖面CIA, Na/K以及Fe²⁺/ Fe³⁺等地球化学参数记录显示, 1.15 Ma BP以来甘孜黄土的风化强度有逐步减弱的趋势, 反映了更新世中期以来青藏高原东南缘持续变干的气候变化特征, 是区域气候对全球气候变化的响应. 同时, 本区气候变化在与全球变化基本一致的基础上, 也存在着明显的差异, 其中最突出的表现就是自约250 ka BP以来干旱化程度明显加剧. 该气候事件的形成可能与青藏高原东南缘隆升对西南季风水汽输送的屏障作用有关.     

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.     

长毛鼠(Diplothrix, Muridae)化石在日本琉球群岛以外的首次发现

记述了产自安徽繁昌人字洞早更新世早期的扬子长毛鼠(新种)Diplothrix yangziensis sp. nov.. 现生长毛鼠属为单型种, 仅生活于日本的琉球群岛, 其化石也仅零星发现于其栖息地晚更新世的地层中. 新种以M1齿尖横脊较平直, 上臼齿的t3, t9发育, M3少退化, m1具下中附尖, m2, m3的唇侧下前边尖发育等特征不同于中国第四纪其他已知大型鼠类, 而应归入长毛鼠属. 同时, 新种以体型相对小, 齿冠更细窄, M1前、后齿带发育, M3少退化, m1后齿带小, m3有下后附尖和后齿带等特征比现生属型种D. legata及其他已知的长毛鼠化石更为原始, 很可能是D. legata的直接祖先类型. 中国扬子长毛鼠(新种)是该属在硫球群岛以外的首次发现, 也是迄今该属中时代最早、最原始的种类, 这为探讨长毛鼠的演化、扩散和古生态环境的变迁提供了重要信息.     

天山黄土和古尔班通古特沙漠发育及北疆干旱化

天山北坡海拔2400－700m间不同高度的地貌面上分大片分成黄土，是准噶尔盆地古尔班通古特沙漠的同源异相沉积。黄土在沙湾和石河子一带最厚，其中沙湾清水河出口河流最高 阶地上71m厚的黄土发育9大层浅褐色古土壤，其层序结构和特征与黄土高原古土壤非常相似。古地磁测定表明B／M界线位于69．5m深处的黄土L8底，推测剖面底部年龄约800ka前，指示准噶尔盆地极端干旱气候和现代古尔班通古特沙漠雏形最迟大致于同时形成。高分辨率粒度古气候记录揭示出距今约650和500ka年前有两次显著的干旱化增强和沙漠扩大，然后逐步增强最终形成今天的环境格局。这些干旱化和沙漠扩大事件与中更新世全球气候巨大变化基本同步，亚洲内陆沙漠和干旱区大范围变化所导致的巨大环境效应可能是全球气候变化和中更新世系列气候事件发生的重要驱动力。     

250 kaBP前后中国北方干旱区的扩张及其原因

青藏高原东北缘的武威黄羊镇及高原东南缘的川西甘孜黄土剖面同时记录了250kaBP前后一次显著的干旱化事件，前者表现为风尘粒度变粗，后者表现为C4植被扩张和古土壤化学风化强度的降低。这次事件在我国北部干旱区及北太平洋风尘记录中均有强烈表现，而在东南季风控制的黄高原中南部及西风带控制的中亚地区的现有记录中没有明显反映。由于川西甘孜剖面位于典型的西南季风区，中国北方这次重要的干旱化事件主要是来自西南了风的水汽减少所致。青藏高原东南缘在该时期的强烈隆升可能是水汽输送减少的直接原因。     

黄土高原东南部宋家店黄土剖面L9中地磁记录异常

对黄土高原东南部三门峡地区宋家店黄土剖面L8～S12段详细的磁性地层学和岩石磁学研究表明:Matuyama/Brunhes(M/B)界线位于L8黄土层的底部,Jaramillo极性亚时的顶、底界线分别位于L10的中部和L12的底部.黄土和古土壤地层的磁组构保持了原生沉积组构的特点,所记录的剩磁没有遭受到明显的后期扰动.在L9黄土层中记录了2次地磁场异常,认为由重磁化的可能性较小,而磁极性漂移事件的解释更为合理.推算它们的年龄分别与Kamikatsura(0.886Ma)和Santa Rosa(0.922Ma)地磁漂移事件接近,相对古强度研究结果显示,上述地磁漂移事件期间地球磁场强度减弱.     

北京周口店地区新发现距今73—90万年地层与古冰楔遗迹初步研究

1985—1987年,作者等在北京周口店太平山北坡发现一新的早更新世含化石和古冰楔遗迹地层,建立了太平山组(Q_1t)。 一、太平山组(Q_1t)剖面简述 剖面位于北纬39°42′N,东径115°56′E左右(图1),发育在残存的上新世唐县期侵蚀面上,海拔150m。为奥陶系石灰岩中一裂隙状熔洞——洼地环境堆积,上宽16m,往下收缩,深9m多未见底。太平山剖面情况见图2。     

黄土高原东南部宋家店黄土剖面L9中地磁记录异常

对黄土高原东南部三门峡地区宋家店黄土剖面L8～S12段详细的磁性地层学和岩石磁学研究表明: Matuyama/Brunhes (M/B)界线位于L8黄土层的底部, Jaramillo极性亚时的顶、底界线分别位于L10的中部和L12 的底部. 黄土和古土壤地层的磁组构保持了原生沉积组构的特点, 所记录的剩磁没有遭受到明显的后期扰动. 在L9黄土层中记录了2次地磁场异常, 认为由重磁化的可能性较小, 而磁极性漂移事件的解释更为合理. 推算它们的年龄分别与Kamikatsura(0.886 Ma)和Santa Rosa(0.922 Ma)地磁漂移事件接近, 相对古强度研究结果显示, 上述地磁漂移事件期间地球磁场强度减弱.     

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.     

特化等级裂腹鱼类的分子系统发育与青藏高原隆起

采用线粒体细胞色素b基因序列分析了特化等级裂腹鱼类3属9种和亚种的分子系统发育, 并通过黄河上游与青海湖隔离的地质时间来校正分子钟, 进而探讨了特化等级裂腹鱼类的主要分支发生事件与青藏高原阶段性隆起的关系. 结果表明, 特化等级裂腹鱼类并不是一个单系群. 叶须鱼属的5个种及亚种构成了一个单系群. 裸重唇鱼属的3个种并不形成一个单系群. 其中, 全裸裸重唇鱼和高度特化等级裂腹鱼类构成姐妹群关系; 而厚唇裸重唇鱼和新疆裸重唇鱼有较近的亲缘关系, 它们一起与斑重唇鱼形成姐妹群. 特化等级裂腹鱼类可能起源于中新世(约10 MaBP), 3个属的分歧时间发生在晚中新世(约8 MaBP), 主要的种化事件发生在晚上新世和更新世(3.54~0.42 MaBP). 特化等级裂腹鱼类的主要分支发生事件与晚新生代青藏高原在8, 3.6, 2.5和1.7 MaBP发生的地质构造事件及气候重大转型时期基本吻合. 分子钟数据不支持青藏高原在渐新世或中新世整体隆起已接近现在高度或更高的假设, 也不支持在晚上新世(约2.6 MaBP)仅有2000 m的观点.     

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.     

晚第三纪红黏土成因和沉积环境的生物学证据: 蜗牛化石记录

黄土高原晚第三纪红黏土地层的成因和沉积环境在相当长的时期里是存有争议的科学问题, 由于它涉及到红黏土地层能否提取正确的古环境信息等最基础的问题, 近年来越来越受到学术界关注. 通过对甘肃西峰赵家川晚第三纪红黏土蜗牛化石组合的组成以及保存方式的系统分析, 认为红黏土中的陆生蜗牛化石为原生的生物群落, 反映了原始的沉积环境; 红黏土中大多数属种为第四纪黄土地层的常见类型, 表明红黏土与黄土的形成环境背景是相同的, 蜗牛化石的组成提供了该区红黏土陆相风尘沉积成因的生物证据. 西峰红黏土蜗牛化石组合记录了6.2~2.4 MaBP 时期4次大的环境变化, 6.2~5.4 MaBP为干冷的气候环境, 自5.4 MaBP之后, 气候从暖湿逐步变得冷干, 呈明显的阶段性的变化. 陆生蜗牛化石记录的气候环境演变历史与北极冰盖的起源、演化和青藏高原隆升在大的时段上具有很好的一致性, 表明陆生蜗牛是指示晚第三纪环境变化敏感的环境指标.