湖泊沉积——研究历史气候的有效手段——以青海湖、岱海为例

湖泊沉积,尤其是干旱、半干旱地区的封闭湖泊,是气候环境变迁的忠实记录者,储存有丰富的信息,具有连续性、敏感性和高分辨率的特点,目前研究不同时间尺度湖泊环境演替的序列已成为建立全球气候模型的重要依据之一。为了研究晚近历史时期东亚季风边缘区气候波动的特点,作者在青海湖和内蒙古岱海的深水区,采集1m以内的重力岩心,以1或2cm间隔密集采样,每个样品大致代表5—10a的时段(~(210)Pb测年青海湖和岱海的沉积速率分别为1.1     

东北二龙湾玛珥湖13 ka BP以来的沉积年纹层研究

对东北二龙湾玛珥湖的沉积物(0~700 cm)进行研究, 发现该湖既含有生物年纹层(0~632 cm)又含有碎屑年纹层(632~700 cm), 其中生物年纹层又可按照藻类种类及含量的多少划分为以甲藻为主的生物年纹层(0~63 cm)和甲藻与硅藻混合的生物年纹层(214 ~632 cm). 对这3种年纹层的详细组成与结构特征进行了描述, 讨论了沉积序列中年纹层类型变化的原因, 并建立了13 ka BP以来高分辨率的纹层年代学标尺. 这为今后继续年纹层计数、误差评价及高分辨率古气候记录研究奠定了很好的基础.     

中国东海北部晚全新世表层海水温度变化

采用长链烯酮不饱和度法(U k'37)构建了中国东海北部涡漩泥质区距今3600年以来海水表层温度(SST)高分辨率变化曲线, 结合对季风波动敏感的粒度组分变化曲线, 探讨了东海北部古海洋环境变化. 距今3600年来的环境演化可以划分为5个阶段: Ⅰ期降温阶段, 距今850年以来, 冬季风较强, 存在“小冰期”, 温度最大降幅2℃; Ⅱ期波动升温阶段, 距今1900~850年, 平均升温幅度0.8℃, 存在隋唐温暖期, 响应的时间在距今850~1350年间, 距今1400年的降温事件比较明显; Ⅲ期降温阶段, 距今2550~1900年, 处于南极冰芯记录曲线上一个缓慢降温到快速升温的完整周期, 降温幅度达0.9℃; Ⅳ期相对平稳略有升温阶段, 距今3200~2550年, 处于南极冰芯记录气温波动升温期, 升温幅度仅有0.3℃; Ⅴ期相对平稳略有降温阶段, 距今3600~3200年, 对应南极冰芯记录的波动降温阶段. 5个周期性阶段与南极冰芯记录的气候周期比较吻合, 全球降温一般比较缓慢, 陆架海SST基本上能够同步调整.     

贵州龙泉洞石笋在距今1600至250年间的古气候古环境重建

对贵州龙泉洞2号石笋进行了高分辨率的碳氧同位素分析和TIMS铀系测年,建立了从公元400-1750年间的δ18O和δ13C值的变化序列,重建了中国西南地区距今1 600年以来到距今250年之间的古气候和古环境演化.根据δ18O值,以1 600年为界,之前处于中世纪暖期,其后是小冰期事件.其间讨论了δ13C变化所指示的环境变化,并与其他研究成果进行对比分析.     

青海湖沉积岩芯记录的青藏高原东北部过去800年以来的降水变化

对取自中国最大的内陆封闭湖泊青海湖深水区长约80 cm的短钻岩芯, 用²¹⁰Pb, ¹³⁷Cs和岩芯对比建立年代序列, 用5年分辨率的自生碳酸盐同位素、粒度、碳酸盐和有机质含量来重建青藏高原东北部过去800年来的气候变化历史. 发现青海湖湖盆的不同深水区岩芯具有很好的对比性, 湖盆西部沉积速率最大, 东部最小. 在湖盆南部短钻岩芯Qing-6所在位置, 近期平均沉积速率为0.1004 cm/a. 氧同位素和粒度资料揭示的过去800年的有效降水变化与古里雅和敦德冰芯记录的冰川积累量一致. 公元1200~1500年的300年中总体为干旱气候, 公元1500~1560年相对湿润. 1560~1650年和1780~1850年的两个干期是西南季风减弱的结果. 1650年以来的有效降水总体增加是亚洲西南季风增强所致, 一直持续到1950年前后. 高原上的小冰期除早期以外, 以水汽增加为特征. 沉积物有机质含量变化有200年左右的周期, 与1850年以前大气Δ¹⁴C变化同步, 表明湖泊生物生产力响应了太阳活动变化.     

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.     

晚第四纪“吉兰泰-河套”古大湖的初步研究

通过野外考察、探坑剖面观测和遥感影像分析,发现吉兰泰盐湖周围存在高湖面遗留的地貌、沉积和生物证据.在海拔1060,1050,1044和1035m共有4道古湖岸堤,分别高出现代盐湖37,27,21和12m.在海拔1070~1080m之间(高出现代盐湖47~57m)存在古湖滨砂砾石沉积,若干地点保存有古湖岸堤形态;在乌兰布和沙漠腹地的贺日木西尼也发现1080m高程及其以下的湖滨砂砾石和典型湖相沉积,以及从海拔1050~1035m,长11km的典型砂嘴.河套黄河南岸黄河水文站砂场、什拉召砂场也发现古湖岸堤,杭锦旗巴拉贡砂场发现发育在冲洪积砂砾石层上的湖滨砾石沉积.沿狼山-阴山南麓若干剖面点发现湖岸侵蚀台地及湖滩岩和湖滨相沉积.在黄河进入河套的乌海附近发现水下三角洲沉积,黄河出口的托克托台地存在典型湖相沉积.在湖滨沉积物中,普遍保存有蓝蚬、萝卜螺和扁卷螺等水生软体动物壳体,部分湖相细粒沉积物中也可见到介形虫壳体.出露较好的湖相沉积剖面具有典型的进积型垂向层序,较高湖岸堤普遍保存有湖滩岩.这些证据说明,曾存在一个覆盖吉兰泰和河套平原大部分地区的巨大古湖,湖面海拔可达1080m,建议称作"吉兰泰-河套"古大湖.光释光测年结果表明,该古大湖存在于距今5~6万年前.海拔1060~1035m间的4道湖岸堤代表了5~6万年到全新世早期间的湖面波动,而真正吉兰泰盐湖状态仅形成于距今5500年以来."吉兰泰-河套"古大湖的发现,对进一步深入研究河套地区晚第四纪黄河发育、乌兰布和-库布齐沙漠的形成演化以及区域气候变化和新构造运动都具有重要意义.     

晚第四纪“吉兰泰-河套”古大湖的初步研究

通过野外考察、探坑剖面观测和遥感影像分析, 发现吉兰泰盐湖周围存在高湖面遗留的地貌、沉积和生物证据. 在海拔1060, 1050, 1044和1035 m共有4道古湖岸堤, 分别高出现代盐湖37, 27, 21和12 m. 在海拔1070~1080 m之间(高出现代盐湖47~57 m)存在古湖滨砂砾石沉积, 若干地点保存有古湖岸堤形态; 在乌兰布和沙漠腹地的贺日木西尼也发现1080 m高程及其以下的湖滨砂砾石和典型湖相沉积, 以及从海拔1050~1035 m, 长11 km的典型砂嘴. 河套黄河南岸黄河水文站砂场、什拉召砂场也发现古湖岸堤, 杭锦旗巴拉贡砂场发现发育在冲洪积砂砾石层上的湖滨砾石沉积. 沿狼山-阴山南麓若干剖面点发现湖岸侵蚀台地及湖滩岩和湖滨相沉积. 在黄河进入河套的乌海附近发现水下三角洲沉积, 黄河出口的托克托台地存在典型湖相沉积. 在湖滨沉积物中, 普遍保存有蓝蚬、萝卜螺和扁卷螺等水生软体动物壳体, 部分湖相细粒沉积物中也可见到介形虫壳体. 出露较好的湖相沉积剖面具有典型的进积型垂向层序, 较高湖岸堤普遍保存有湖滩岩. 这些证据说明, 曾存在一个覆盖吉兰泰和河套平原大部分地区的巨大古湖, 湖面海拔可达1080 m, 建议称作“吉兰泰-河套”古大湖. 光释光测年结果表明, 该古大湖存在于距今5~6万年前. 海拔1060~1035 m间的4道湖岸堤代表了5~6万年到全新世早期间的湖面波动, 而真正吉兰泰盐湖状态仅形成于距今5500年以来. “吉兰泰-河套”古大湖的发现, 对进一步深入研究河套地区晚第四纪黄河发育、乌兰布和-库布齐沙漠的形成演化以及区域气候变化和新构造运动都具有重要意义.     

青海湖裸鲤耳石轮纹O-Sr同位素组成及对其洄游行为的指示

以溯河洄游为特征的青海湖裸鲤是青海湖鱼类的优势种,但其洄游行为还知之甚少.利用高分辨率SHRIMPⅡ离子探针和激光剥蚀高分辨多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)分别测定了青海湖裸鲤微耳石轮纹中的氧和锶(O-Sr)同位素组成.结果表明,微耳石成长带中较低的δ~(18)O记录了青海湖裸鲤春夏时期所洄游的河水化学信息;将δ~(18)O与~(87)Sr/~(86)Sr同位素组成相结合,微耳石轮纹的同位素组成明确指示了多数个体可能更倾向于固定的河流洄游产卵.这一结果对于认识青海湖裸鲤的洄游习性以及鱼类保护和管理有重要的意义.     

中中新世气候适宜期环境变化:来自中国西南部湖泊沉积地球化学的证据

正中中新世气候适宜期(ca.15~17Ma)是新生代气候变冷背景下的一次短期气候温暖事件.由于缺乏陆相记录,目前对于该事件的研究多来自于海洋钻孔.本文对云南东南部的文山盆地湖相地层开展了高分辨率的古地磁定年(剖面厚约270 m)和地球化学研究(剖面厚约400 m).古地磁结果显示文山剖面上段约145 m为负极性,下段约125 m为正极性.参考邻近区域中新世湖相地层的沉积速率特征,我们推测这270 m厚的剖面沉积时间跨度至     

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.     

南极海洋沉积物中Heinrich层的发现及其全球变化意义

对南极普里兹湾海区NP95-1柱样沉积物粒度、磁学参数等研究表明 ,15ka以来南极海区沉积了两套冰碛层 ,分别对应着南极地区的YoungerDryas冷事件和Heinrich 1冷事件 ,其中YD发生于11.7～10.3ka ,H1事件发生于 14.3～ 13.6ka ,南极地区的全新世始于约 10 3ka .研究表明 ,南极 15ka以来的古气候变化可与全球其他地区的古气候变化资料相对应 ,表明了千年尺度的古气候变化具有全球性和同时性 .此外 ,磁组构分析还表明 ,古气候的变化与大洋环流的改组密切相关 .     

青海湖现代沉积速率空间分布及沉积通量初步研究

考察了青海湖表层沉积物137Cs活度及通量时空分布,建立了湖泊沉积速率空间分布模式.青海湖河口/岸边区域沉积物137Cs通量高,但平均137Cs活度低;湖中心区域137Cs通量低但平均活度高.河口/岸边区域沉积速率高,沉积物陆源组分(如SiO2,Fe2O3,Ti等)的含量及通量高.湖中心区域沉积速率低,化学/生物沉积组分(如次生碳酸盐)含量高.因此,决定青海湖沉积速率空间分布的主要因素是流域陆源物质的堆积速率.根据本文获得的不同湖区沉积速率计算了青海湖平均质量堆积速率(0.0337g·cm-2·a-1),并用Ca质量平衡方法检验了该平均值的合理性.在此基础上,估算了青海湖沉积通量及流域泥沙输入和大气粉尘对湖泊沉积的贡献.     

中国西藏色龙二叠系-三叠系界线剖面的碳同位素特征及其意义

Magaritz等通过对南阿尔卑斯二叠系-三叠系界线(P/T)剖面δ~(13)C值变化研究认为,δ~(13)C值在P/T剖面上的变化是判断存在沉积间断的重要标准。他认为因煤山和上寺等P/T界线剖面的δ~(13)C值在界线附近的变化有明显的突然性,从P/T界线上下δ~(13)C值下降到恢复之间的间距太小(<2m),而认为这两个P/T界线剖面在界线附近存在沉积间断。我们通过研究西藏色龙P/T界线剖面的生物地层学和δ~(13)C值,以及对比现代海洋溶解无机碳的δ~(13)C的变化后认为,用扩δ~(13)C值在剖面中的分布特征是否渐变,以及其在剖面中下降-恢复的距离大小,来判别剖面的沉积记录完整性的观点,尚需进一步推敲。     

六千年来韩江三角洲的滨线演进

韩江三角洲的形成,始于晚更新世中期,现在的地形轮廓是在中全新世海侵以后逐步形成的。研究它的滨线演进,对于掌握三角洲的形成、发育、演变规律,预测今后的进一步发展变 化,都有重要的理论和实际意义。作者根据沉积相综合分析、~(14)C年代测定(表1)、地貌形态、田野考古、史籍记载、地图对比等方法,研究了韩江三角洲6000年来的滨线演进(图1)。在距今6000年前后,粵东的中全新世早期海侵达最大范围。韩江三角洲的滨线最北在潮州竹竿山麓。潮州南郊E3孔层6—5(~(14)C年代为距今5710±130年)发现少量的蜂腰双壁藻小     

南极海洋沉积物中Heinrich层的发现及其全球变化意义

对南极普里兹湾海区NP95_1柱样沉积物粒度、磁学参数等研究表明 ,15ka以来南极海区沉积了两套冰碛层 ,分别对应着南极地区的YoungerDryas冷事件和Heinrich 1冷事件 ,其中YD发生于 11 7～ 10 3ka ,H1事件发生于 14 3～ 13 6ka ,南极地区的全新世始于约 10 3ka .研究表明 ,南极 15ka以来的古气候变化可与全球其他地区的古气候变化资料相对应 ,表明了千年尺度的古气候变化具有全球性和同时性 .此外 ,磁组构分析还表明 ,古气候的变化与大洋环流的改组密切相关 .     

史前时代人类向青藏高原扩散的过程与动力

青藏高原是对人类生存最具挑战性的地区之一,研究史前人类向青藏高原扩散的历史及其主要的影响因素,对认识和理解人类对高寒缺氧极端环境的适应机制具有重要价值。通过青藏高原史前遗址的测年分析和动植物遗存的鉴定,结合古气候研究的最新进展,显示史前人类向青藏高原的扩散主要经历了三个阶段：旧石器人群在距今15 000年之前到青藏高原季节性游猎;新石器人群距今5 200年后大规模定居到青藏高原海拔2 500 m以下的河谷地带;距今3 600年后人类永久定居至海拔3 000 m以上地区。气候变化对狩猎采集人群在高原的活动有重要影响,而新石器-青铜时代欧亚大陆农业发展与传播是促使人类向青藏高原大规模扩张和定居的最主要因素。     

南永2井珊瑚礁“红色与黑色沉积夹层”的成因及环境意义初探

南沙群岛南永2井珊瑚礁古地磁学和地球化学研究发现：“黑色沉积夹层”的底界（99.69m）与布容正极性/松山反极性（B/M）转换、δ^18O曲线冷/暖（19/20）气候变换界限相对应,距今年龄约0.78Ma;“红色沉积夹层”与留尼汪事件I（Reunion I)地球磁场极性漂移（反转）相对应,距今年龄约2.04～2.01Ma.相对于正常的浅色礁岩沉积,黑色沉积层的磁化率（χ）、剩余磁化强度（Mr）以及MnO和Fe2O3含量均呈明显正异常;红色沉积层的磁化率（χ）、剩余磁化强度（Mr）和Fe2O3含量也出现正异常,结合古生物的分析结果,认为这一对特殊而典型的“沉积夹层”与古气候的突变有关,即全球气候变化以及所伴随的地球磁场极性反应,直接影响到古生物的生境状况,同时也影响到某些化学元素,特别是Fe和Mn等氧化还原敏感性元素的分散与富集,如当气候突然变暖时,冰期时浓缩的Fe和Mn等金属会大量氧化稀释;而当气候突然变冷时,原来被氧化的高价铁等又高度浓缩,这可能是珊瑚礁与“红与黑”沉积事件产生和消失的重要原因之一。     

冲绳海槽西南端中全新世以来的沉积速率与物源分析

冲绳海槽西南端作为黑潮路径下一个高速沉降中心一直受到地球科学界的关注. 在实验室对2005年5月中法合作航次在冲绳海槽南部取得的原状无搅动的深海沉积柱状样MD05-2908岩芯进行了沉积通量与沉积特征分析, 并对物质来源进行了探讨. 样品在分割后分别进行了AMS14C分析、粗颗粒组分(>63 ?m)的提取及含水量的测定. 结果显示, 该34 m长柱状岩芯底部年龄仅为6.8 ka BP, 其平均线性沉积速率达到了5 m/ka, 揭示出冲绳海槽西南端自中全新世以来具有非常高的沉积速率; 结合含水量数据, 其沉积通量也与研究区现代沉积通量相符合. 根据17个AMS¹⁴C数据识别出了5期快速沉积事件(6790~6600, 5690~5600, 4820~4720, 1090~880以及260~190 a BP), 其持续时间为70~200 a不等, 快速沉积期间其最大沉积速率可以达到21.2 m/ka. 通过与相邻的ODP1202站对比后发现, 研究区沉积物皆以细颗粒的黏土与粉砂质为主, 粗颗粒组分所占比重总体不到5%. 台湾岛东北部丰富的降雨量使得宜兰境内的兰阳溪可以携带大量陆源物质进入宜兰陆架并进一步向冲绳海槽输运, 成为研究区重要的物质来源. 这5期快速堆积事件主要是与气候变化引起的区域性降水增加有关, 另外岩芯也记录到由地震、风暴等因素引起的小时间尺度的沉积增强事件. 由地震、风暴等引起的侧向与底层传输使得研究区的沉积环境更为复杂, 但同时也为冲绳海槽提供了丰富的物质供应.     

湖北清江和尚洞石笋方解石晶体的季节性生长及其环境控制

由于定年准确、分辨率高、沉积相对连续等优点, 洞穴石笋逐渐成为古气候变化研究中的一个亮点. 与石笋中的其他记录(如稳定同位素、微量元素)相比, 石笋生长速率的测量相对简便、且成本低廉. 迄今为止, 利用石笋生长速率重建的古气候记录为数不少. 但是这些记录大多基于最近数十年洞穴沉积记录与器测数据(主要是温度与降水量)的对比统计, 目前我们对各种环境因子如何具体控制石笋生长的机理认识仍然十分缺乏.
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