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。     

陕西洛川黄土中Mn2+的电子顺磁共振特征与古季风变迁

<正>我国的黄土-古土壤序列蕴藏着丰富的古气候变化信息。近几年的研究揭示出其中磁化率变化是较好的指示东亚夏季风演化的标志,可与深海沉积物氧同位素组成变化进行对比,为重建东亚古气候空间格局提供了重要的线索和数据。然而,由于人们对磁化率的成因和气候意义的理解仍在深化,因此,从黄土和古土壤序列中继续寻找比较确切的和更为敏感的古气候代用指标仍是当前黄土与古环境研究中的一项基本任务。电子顺磁共振(EPR)方法对于揭示天然体系中过渡族金属阳离子如Fe³⁺,Mn²⁺,V⁴⁺等的分布特征具有独特的功效,并被成功地用于研究成壤和化学风化过程。本文通过分析陕西洛川黄土和古土壤中Mn²⁺的电子顺磁共振谱发现,黄土中Mn²⁺的EPR信号可能是一种对东亚夏季风变化响应比较敏感的气候代用指标。     

印度季风水汽对青藏高原降水和河水中δ18O高程递减率的影响

根据青藏高原上建立的TORP(Tibetan Observation and Research Platform)平台的28个站点获取的降水δ¹⁸O的研究, 探讨了季风期河水δ¹⁸O的海拔递减率, 也讨论了全年河水δ¹⁸O的高程效应. 研究发现, 青藏高原内部降水δ¹⁸O广泛受到不同水汽来源的影响. 印度季风对青藏高原降水及河水δ¹⁸O的组成起着重要作用. 总体而言, 受季风影响地区水体中δ¹⁸O比西风影响区的水体δ¹⁸O更贫化, 反映了西南来的海洋水汽在长途传输和随喜马拉雅山爬升过程使δ¹⁸O逐步贫化. 由于季风环流对高原南部气候的控制, 季风期河水δ¹⁸O随海拔的递减率更大. 综合考虑季风期和非季风期河水δ¹⁸O的高程效应发现, 其河水δ¹⁸O的海拔递减率大于不考虑季风期河水同位素组成的海拔递减率. 因为青藏高原上河水和降水的高程效应是季风和非季风期水汽共同作用的结果, 因此在利用稳定氧同位素恢复古高度时, 需要考虑季风期高原水体中δ¹⁸O的组成和高程效应.     

湿热山地丘陵流域化学风化过程的碳汇估算

通过对地表化学径流组成的分析, 应用化学物质平衡法和扣除法对增江流域化学风化过程产生的大气CO₂ 吸收通量进行估算. 结果表明: 在碳酸盐岩地层不纯且分布面积较少的增江流域, 径流溶解质主要由HCO₃^-, Ca²⁺, Na⁺和溶解性Si 组成; 硅酸盐矿物的化学风化过程是增江河流溶解质的主要来源, 其次是碳酸盐矿物化学风化过程的贡献.大气CO₂ 是增江流域岩石化学风化的主要侵蚀介质. 增江流域岩石化学风化过程对大气CO₂ 的吸收通量是(3.50~3.81)×10⁵ mol km^-2 a^-1, 仅比热带-亚热带玄武岩和碳酸盐岩流域低, 高于温带-寒温带流域化学风化过程对CO₂ 的吸收通量. 受湿润季风环流影响的北半球中低纬度带地表化学风化过程构成全球生物地球化学循环的一个重要碳汇.     

青藏高原西部降水中δ18O变化特征及其气候意义

根据青藏高原西部阿里地区狮泉河和改则二站点降水中δ¹⁸O实测值和相关气象资料, 研究发现, 在一定程度上, 温度能够影响狮泉河和改则二站点降水中δ¹⁸O变化. 在夏季, 特别是同一降水过程中, 两个站点降水中δ¹⁸O变化趋势非常一致, 且在季风活跃期, 降水中δ¹⁸O都出现多次明显的低值, 这与西南季风水汽输送密切相关, 而在季风间歇期, 降水中δ¹⁸O仍然表现相对高值, 水汽主要来源于局地水汽的再循环; 在非季风时段, 降水中δ¹⁸O与温度的正相关性都更为显著, 该研究区域降水的水汽主要受局地环流和西风环流控制. 另外, 该研究区域的蒸发条件也同样影响降水中δ¹⁸O变化. 通过该区域及其毗邻地区降水中δ¹⁸O空间分布特征的研究, 揭示了5月底或6月初始至8月底或9月初是青藏高原不同水汽来源的一个重要的时间分界线, 而在空间上, 位于青藏高原北部的西昆仑山与唐古拉山是一条重要的气候分界线.     

西藏南部普莫雍错19 cal ka BP 以来高分辨率环境记录

利用西藏南部普莫雍错深水湖区获取的3.8 m 长湖芯, 对湖芯中25 个样品的植物碎屑进行筛选和有机碳同位素测定, 在确定植物来源的前提下进行了¹⁴C 测定, 结合表层样品的过剩²¹⁰Pb衰变计算的沉积速率对整个湖芯的¹⁴C 测年及其碳库效应进行了系统校正, 结果显示该湖芯完整地覆盖了19 cal ka BP 以来的时间尺度. 通过对湖芯TOC, IC, 粒度和孢粉的分析, 发现该湖在16.2 cal ka BP 之前为一个水深较浅的湖泊, 尽管温度升高导致冰川开始融化, 湖区环境仍然具有冷干的特征; 16.2~11.8 cal ka BP, 沉积环境剧烈而频繁的波动, 14.2 和11.8 cal ka BP 左右的2 次冷事件可能是老仙女木和新仙女木事件的反映. 11.8 cal ka BP 之后, 已经形成了现今状态的深水湖泊, 冰川融水的补给使得湖泊水温较低, 受到湖泊水体影响的沉积物环境代用指标对温暖条件的响应并不明显. 通过普莫雍错湖与西藏南部相同时代的不同湖泊沉积物记录的比较, 发现末次冰消期开始的气候转暖对青藏高原东南部影响更加显著, 反映了西南季风自冰消期以后逐渐加强、向高原内部推移的过程, 以冰川融水补给为主的湖泊对冷事件的响应更加明显. 全新世以来,西南季风对整个西藏南部区域发挥着控制性影响.     

花粉揭示的青藏高原西南部塔若错全新世以来植被与气候变化

利用活塞采样器在位于青藏高原西南部塔若错60 m水深处获得3.1 m沉积岩芯.通过AMS14C测年、花粉、粒度和无机碳分析,恢复了青藏高原西南部全新世以来的植被和气候变化.结果显示,全新世初期(10200~8900 cal a BP),植被由高寒草原向高寒草甸转换,气候由冷干向暖湿发展;全新世早期(8900~7400 cal a BP),植被由高寒草甸到高寒草原的转换,气候相对干旱,但偏暖;全新世中期(7400~3300 cal a BP),植被从高寒草原向高寒草甸或草甸化草原转换,气候以冷湿为主;全新世晚期(3300 cal a BP至今),植被逐渐被高寒草原取代,气候变得寒冷干旱.塔若错全新世早期和中晚期的特征气候事件表明,该地区明显受到西风区环境变化的影响,而在全新世中期更多受印度季风环流控制.尤其是中晚全新世塔若错的湖泊沉积环境记录对于进一步阐述西风/季风在该地区的影响程度具有非常重要的意义.     

华北平原BZ2钻孔沉积物的常量元素地球化学组成与 化学风化

对华北平原BZ₂钻孔沉积物常量元素地球化学研究表明, 该区沉积物来源广泛且处于脱Ca和Na的化学风化初级阶段; 不同化学风化指标均显示晚上新世以来化学风化强度呈波动性减弱, 与内陆黄土高原地区化学风化变化趋势一致, 与冰盖扩张吻合, 显示全球气候变冷对大陆化学风化强度的控制.     

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.     

全新世黔北降水特征的石笋记录及适宜期结束时间在亚洲季风区的不等时性

基于黔北石膏洞两支石笋(SG1 和SG2)的12 个高精度²³⁰Th 年龄(误差为±2.5~55 a)和479 个氧同位素数据, 建立了全新世9.9 ka BP (相对1950 AD) 至今较高分辨率的东亚季风和印度季风交汇区季风降水序列. 石膏洞δ¹⁸O 记录表明: 9.9~6.6 ka BP, 季风降水处于降水丰沛的湿润期; 6.6~1.6 ka BP, 该时段为降水逐渐减弱时期; 1.6 ka BP 至今石笋δ¹⁸O 最为偏正, 季风降水整体处于较弱期, 其长期演变趋势整体追随30°N 夏季太阳辐射能量变化曲线. 利用时序分析方法, 对石膏洞与已发表的高分辨率石笋δ¹⁸O 记录分析发现, 石笋所揭示的全新世适宜期结束时间在不同季风区存在显著差异: 统计分析结果显示印度季风区的阿曼为7.2~7.4 kaBP, 东亚季风下的华中地区为5.6~5.8 ka BP, 而地处于两季风交汇处的西南一带则介于其中约为6.6~7.0 ka BP. 我们认为供应东亚季风水汽来源的热带西太平洋海水表面温度变化, 是可能造成亚洲不同地区全新世适宜期结束时间不一致的原因.     

青藏高原东北缘黄土粒度记录的末次冰期千年尺度气候变化

末次冰期以来, 北半球高纬地区气候变化是否对青藏高原地区高原季风产生影响以及高原季风本身的变化规律是仍未解决的重要科学问题. 22 m厚的青藏高原东北部合作盆地黄土-古土壤剖面高分辨率的粒度记录表明, 末次冰期以来青藏高原冬季风存在明显的可与北半球高纬地区相对比的千年尺度变化, 但对冷事件(Heinrich事件)的响应明显强于对暖事件(Dansgarrd-Oeschger事件)的响应, 表明北半球高纬地区气候对青藏高原冬季风和高空西风同样产生了深刻影响. 在万年尺度上, 高原冬季风存在两个明显不同于北半球高纬地区气候记录的变化, 一是在36 kaBP附近(H4事件)发生了一次明显的突变增强; 二是在43~36 kaBP期间, 高原冬季风显著减弱, 可能指示了高原冬季风在万年尺度上除了受到北半球高纬地区气候系统影响外, 还受到其他因子的影响.     

废旧锂离子电池中钴的生物淋滤机制

研究了废旧锂离子电池中钴的生物淋滤行为及机制, 氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌组成的混合菌株用于电池的生物淋滤. 电极材料的包裹与否对其淋滤行为没有影响. 在pH值最低的硫磺淋滤体系中, 钴离子的溶出浓度最低; 在pH值较低、ORP(氧化还原电位)值强烈变化的硫磺+黄铁矿组合淋滤体系中, 钴离子的溶出浓度最高. 研究表明, 废旧锂离子电池中钴的溶出只涉及间接机制. 在硫磺淋滤体系中其溶出机制在于生物产酸的酸溶作用; 在硫磺+黄铁矿组合体系中其溶出机制在于生物产酸的酸溶释放和生物氧化产物Fe³⁺引发的Fe²⁺之还原释放, 生物酸溶和Fe²⁺还原溶出的化学模拟进一步证实了两机制在钴离子溶出中的作用. 用XPS (X 射线光电子谱)和EDS(能量色散光谱)分析了生物淋滤电极材料的微观过程和微观特性.     

以PCA揭示降雨期间岩溶地下水文地球化学的形成

通过对降雨条件下重庆青木关地下河出口姜家泉水文地球化学指标的高分辨率监测, 发现各种指标对降雨响应迅速. 采用主成分分析(PCA), 提取能代表84.961%信息量的3个主成分, 来反映岩溶地下水水文地球化学的形成. 结果表明, 降雨造成的以浊度、Al³⁺、全Fe、全Mn、Ba²⁺和NO₂⁻等离子浓度升高为代表的土壤流失, 和以HCO₃⁻, Ca²⁺, Sr²⁺等与灰岩溶解有关的离子浓度和电导率降低为代表的稀释效应, 对水文地球化学特征变化的贡献率为41.495%; 以Na+, NO₃⁻, PO4₃⁻, K⁺, Cl⁻等离子浓度和电导率升高为代表的农田中残留肥料及鸭子代谢物, 对水文地球化学特征变化的贡献率为37.449%; 白云质灰岩、白云岩的溶解对水文地球化学特征变化的贡献率为6.017%. 第一场降雨期间, 水质变化主要受进入地下河的农田中残留肥料和鸭子代谢物的控制, 而在第二场降雨期间, 水质变化则主要为土壤流失所影响.     

筑坝对喀斯特河流水体溶解性无机碳地球化学行为的影响

为探究筑坝对河流溶解性无机碳（DIC）地球化学行为的影响, 对乌江流域的水库及河流进行了半月1次为期1年的现场监测和取样分析. 相对于入库河流, 库区叶绿素a浓度平均提高了5.6倍, 库区表层DIC中HCO₃^-和溶解CO₂比重下降, CO₃^2-比重和DIC碳同位素值（δ¹³C_DIC）上升, 而水库下泄水中DIC各组分却表现出与库区表层相反的地球化学行为. δ¹³C_DIC变化范围为-10.2‰~2.5‰, 表明碳酸盐岩风化、光合作用及呼吸作用共同控制了δ¹³C_DIC的变化. 河流筑坝后浮游植物生物活动增强, 显著影响了原始河流DIC的地球化学行为, δ¹³C_DIC可以用来判断这种变化过程. 河流-水库水体高频率监测对于准确评估筑坝河流CO₂释放通量和明确碳循环过程中的源汇关系是非常必要的.     

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&#8722;22.6‰ ~ &#8722;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.     

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.     

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.     

蒙古国中部Ugii Nuur湖8660 a BP以来高分辨率孢粉记录及气候变化

以9个AMS¹⁴C 年代为框架, 以现代花粉研究为基础, UG04孔高分辨率孢粉记录重建了蒙古国中部8660 a BP以来的植被和气候变化: 7800 a BP以前研究区植被以草原为主, 气候温和略湿润, 其中8350~8250 a BP气候凉湿; 7800~6860 a BP旱生植物增加, 气候转向暖干; 6860~3170 a BP半荒漠草原扩张, 气候持续暖干; 3170~2340 a BP旱生植被退缩, 远山森林草原发育, 气候转凉变湿, 末期湿度条件达最佳; 2340~1600 a BP气候较凉湿; 1600 a BP以来气候波动较大. 与区域古气候记录对比表明, 蒙古国中部到中国西北干旱区可能存在持续干旱的中全新世气候. 重建结果与GCM气候模式模拟结果有较好的呼应. 此外, UG04孔孢粉记录揭示了若干气候变冷事件, 部分可与北大西洋地区对应, 但表现为冷湿.     

石笋密度蕴含的过去气候变化信息: 以末次冰消期黄土高原西部武都万象洞石笋为例

亚洲季风区边缘甘肃武都万象洞一根石笋(WX42A)在末次冰消期不同生长时期密度变化表现出有规律的波动. 高精度²³⁰Th测年和高分辨率的石笋密度结果表明, 生长于17644~12758 a BP之间石笋密度变化时间序列在长时间尺度上与反映亚洲季风强度变化的石笋δ¹⁸O记录变化趋势非常一致, 显示出季风强度增强/减弱(δ¹⁸O值偏轻/偏重), 石笋密度随之增大/减小的特征; 在短时间尺度上石笋密度的降低也对应于一些季风减弱事件如Inter-Allerød Cold Period (IACP)、Older Dryas (OD)和Inter-Bølling Cold Period (IBCP). 总体上, 石笋密度的降低是对季风减弱、降水量减少造成洞穴滴水速率降低、结晶核减少和晶体增大、生物活动强度减弱和土壤CO₂分压降低、碎屑杂质物质增多的反映. 然而在季风极端减弱、降水量大幅度减少和生物活动强度减弱时期, 温度的变化将主导石笋密度的变化, 如在北大西洋H-1事件温度突然降低时, 石笋密度却突然增大, 这是由环境温度的突然降低使得少量下渗水在低温下溶解的碳酸氢钙浓度升高、溶液过饱和度升高而形成晶体规则紧密排列且密度较大的石笋矿物所造成的. 这种灵敏记录石笋生长历史和外界环境变化的过去石笋密度随着时间波动, 说明石笋密度在过去气候变化研究中具有极大的潜力.     

桂北老堡组硅岩中的铁组分: 指示缺氧含铁的盆地深水古环境

桂北老堡组硅岩沉积在埃迪卡拉纪末期盆地深水环境中. 硅岩中铁组分, 如黄铁矿铁(Fe_P)、盐酸可溶铁(Fe_H)和总铁(Fe_T)含量之间的关系是区分氧化、缺氧含铁以及硫化环境的良好指示剂, 成为研究埃迪卡拉纪末期海洋氧化还原环境的手段. 泗里口剖面老堡组硅岩样品中的黄铁矿含量普遍较低(<0.56%); 黄铁矿矿化度(DOP)在<0.01~0.78之间, 绝大多数样品低于0.45; (Fe_P+Fe_H)/Fe_T比值在0.27~0.84之间, 绝大多数样品高于0.38; 多数样品的Fe_T/Al比值在0.55~5.87之间, 平均值为1.1. 这些特征表明桂北老堡组硅岩的沉积环境基本以缺氧含铁为主, 较高的高活性铁含量和较低的黄铁矿含量指示当时盆地深水中H₂S相对缺乏, Fe²⁺是富余的. 因此, 埃迪卡拉纪末期华南盆地的深水可能是缺氧但含铁的, 这为早期多细胞生命的出现和演化创造了必要条件.