末次间冰期黄土高原夏季风气候的初步研究

中国黄土-古土壤地层序列的古气候研究表明,黄土高原的黄土是冬季风的产物,与之相间的古土壤则发育于夏季风环境效应优势期.约130～70kaB.P.的末次间冰期,黄土高原以夏季风强盛为其基本气候特点,发育了一套由三层复合的、成壤作用较强的古土壤S1.为了半定量地恢复这一时期黄土高原夏季风气候,我们布置了几乎覆盖整个黄土高原的三条大剖面线(图1(a)),沿线尽可能等间距选择典型地层剖面,对末次间冰期以来黄土-古土壤序列进行了实测,对各剖面的夏季风替代性指标-磁化率作了较为系统的测量.通过对104个地     

黄土-古土壤序列碳酸盐同位素组成与古气候变化

土壤和古土壤碳酸盐同位素组成是灵敏的古气候变化标志。根据现代土壤碳酸盐氧同位素组成与大气降水同位素组成的关系,以及碳同位素组成与土壤植被群落中以C_4光合作用途径的植物百分率的关系,从土壤碳酸盐同位素组成中,分别可以获得土壤形成时年平均温度的信息和植被群落中C_4植物百分率。中国黄土-古土壤序列中碳酸盐是主要物质成分之一,研究其同位素组成为进行第四纪古气候研究将有一定的意义。本文通过对宝鸡晚更新世以来     

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−23.8‰~−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−8.5‰~−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.     

大荔黄土-古土壤序列δ13CSC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δ13CSC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值与磁化率的变化基本同步,δ13CSC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δ13CSC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δ13CSC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.     

黄土中CaCO3含量及其Sr同位素组成变化与古气候波动记录

陕西洛川黑木沟黄土剖面中碳酸盐的＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ比值从０．７１０４变化到０．７１２０,其中古土壤碳酸盐的Ｓｒ同位素比值一般比黄土的高,在剖面上Ｓｒ同位素比值的变化显示人们所熟悉的１００ｋａ左右的冰期－间冰期循环周期,而且与同时期古海不的Ｓｒ同位素组成变化相似,这一研究结果说明黄土中碳酸盐的Ｓｒ同位素组成变化可以指示风化程度和古气候的变化,古海水Ｓｒ同位纱组成的周期变动主要是大陆地壳物质同化作     

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。     

黄土中0.7Ma微玻璃陨石赋存层位地球化学——Ⅰ.撞击效应对古气候的影响:稳定碳同位素研究

近年来,黄土-古土壤及其记录的古气候信息已受到极大的关注,许多学者利用生物和化学的指标来反演古气候的变化,重建了2.4Ma以来黄土-古土壤记录的古气候历史.洛川黄土剖面中微玻璃陨石的发现,表明黄土是记录天体撞击事件的良好介质,同时黄土也应该记录了撞击效应对古气候的影响.C,O同位素作为一种成熟的手段,被广泛用来研究古气候的演化,在撞击事件对古气候的影响研究中也获得了成功.但是由于研究的目的不同,过去对     

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.     

黄土高原中部1.5 Ma以来古生态环境演化的孢粉记录

通过对黄土高原中部朝那黄土-古土壤剖面的孢粉研究, 揭示出1.5Ma 以来蒿属、藜科等旱生草本与松、桦、栎等乔木花粉含量在黄土-古土壤序列中呈现有规律的互为消长的变化, 指示了冰期-间冰期的冷干-暖湿旋回, 其中过去无机指标所指示的上、下粉砂层(L9和L15)的两次极端干冷事件, 植被变化表明其干冷程度与其他冰期黄土沉积时期相似. 从长期演化趋势上来看, 以0.95和0.5 MaBP为界, 可以分为3个阶段, 古生态环境经历了两次阶段性剧烈变化, 植被由早期的森林草原转变为中期的疏林草原继而演变为后期的草原, 指示了黄土高原阶段性的干旱化过程.     

末次间冰期5e亚阶段夏季风快速变化的环境岩石磁学研究

末次间冰期古土壤和黄土百年－千年尺度系统的环境岩石磁学研究表明,亚洲夏季风在相当深海氧同位素５ｅ亚阶段曾有过急剧的波动,表现为３峰２谷,峰谷延续时间约为１￣２ｋａ,其中中央年龄在约１２０．５ｋａ的谷４最醒目,指示夏季风的减弱几乎达到冰期的水平,反映夏季风在末次间冰期中呈不稳定性变化。     

黄土高原中部晚第四纪以来植被演化的元素碳碳同位素记录

黄土高原地质历史时期原生植被类型, C₃/C₄植物的时空演化规律等, 一直是黄土研究中争论较多的问题, 而黄土剖面元素碳碳同位素(δ¹³Cec)记录可能为植被演替变化提供新的依据. 元素碳(EC)是植被不完全燃烧的产物, 其碳同位素较先体植被变化很小, 从而可利用δ¹³Cec记录反演植被变化. 采用化学氧化法提取黄土高原中部灵台剖面黄土-古土壤序列中的EC物质, 并进行δ¹³Cec分析. 结果表明, 该地区为C₃, C₄植物混合植被类型, 大多数时段以C₃植物为主. 晚第四纪以来, 黄土高原C₃, C₄植物变化可能并不遵循简单的冰期-间冰期旋回变化模式, 而是呈现波动变化: L4时期C₃植物逐渐增多, S3时期C₃植物较多; L3~L2时期C₄植物增多; S1~S0时期C3植物再次增多. 在古土壤发育时期中, S3, S1时期C₃植物较多, S2和S0时期C4植物相对较多. 在黄土堆积时期中, L4和L1时期C₃植物较多, L3和L2时期C₄植物相对较多. 在冰期-间冰期旋回尺度上, δ¹³Cec揭示的植被变化与孢粉资料得到的结果较为一致; 与有机碳碳同位素(δ¹³Corg)所揭示的植被变化仅在末次冰期以来的时期较为一致.     

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.     

前处理方法对黄土沉积物粒度测量影响的实验研究

中国黄土堆积的粒度变化是东亚冬季风强度变化较好的替代性指标,黄土沉积物粒度测量已成为第四纪东亚古气候变化研究的一项重要内容。另外,在工程建设上它也有重要的应用。但是,国内外对用于粒度测量的黄土古土壤样品前处理还存在很大差异,因而使测量结果难以对比,在某种程度上影响了研究结论的可信性。在这里我们报道采自黄土高原西北-东南方向一条大断面上的黄土古土壤样品利用不同方法前处理后进行粒度测量的结果,并与化学提纯的石英样品测量结果对比,分析各种前处理方法对粒度测量的影响。     

山西黄土中主要温室气体组分特征

对晋北偏关至晋南稷山5个黄土剖面的大范围空间调查发现,黄土－古土壤序列中主要是温室气体CO2,CH4和N2O的学普遍高于它们的大气浓度,甚至可高达几倍或数十倍,黄土中CO2浓度在同一剖面的不同层位中没有规律性的变化,但空间上从北至南有逐渐升高的趋势,马兰黄土中CH4浓度不高,但该层之下的CH4浓度远高于大气中的水平,黄土中CO2和δ13C值范围大多在－11．14‰-15.48‰,（PDB）之间,CO2的碳同位素组成分析表明,黄土中CO2主要来源于稳定型有机质的微生物氧化分解,因与黄土中碳酸盐物质发生同位素交换,故其碳同位素组成偏重,由于黄土富含碳酸盐,因此它不仅是一个巨大的碳库而且其所含的碳酸盐在次生碳酸盐化作用中对大气CO2具有调节作用。     

1.8Ma以来黄土-深海古气候记录对比

第四纪时期古气候演化的基本特征为频繁而大幅度的冷暖振荡。在全球各种沉积记录中,黄土-古土壤地层和深海氧同位素地层相对完整地保存了古气候振荡的信息。因此,这二套长期记录间的对比是我们深入了解全球气候系统演化历史与演化方式的重要基础。迄今为止,尽管不少作者已将中国黄土-古土壤系列同深海氧同位素曲线进行了对比,但这方面的工作还存在着三个主要问题。第一,过去的古气候对比主要集中在最近的0.8Ma这个时段,这     

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.     

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.     

高密度光释光测年揭示的距今约15~10 ka黄土高原侵蚀事件

中国黄土堆积作为晚新生代陆相最好的古气候记录之一, 得到了众多研究, 其揭示的冰期-间冰期时间尺度的气候变化具有全球意义. 但是, 中国黄土研究中还有一些基本科学问题或假设没有得到证实, 从而使一些研究结论受到质疑. 为了进一步认识黄土堆积的连续性、绝对年龄和时间分辨率等问题, 对黄土高原西北-东南方向上代表性的晚更新世-全新世黄土剖面进行了间距10 cm的连续光释光年龄测定和古气候替代性指标测试, 获得了108个绝对年龄数据. 结果发现, 在黄土高原塬区代表性的晚第四纪黄土剖面中存在约4~5 ka的间断. 这一直接的年代学证据表明, 在千年时间尺度上黄土沉积是不连续的. 新的年代证据指出, 以前基于粉尘沉降模式获得的时间标尺是不准确的, 从而使已发表的关于亚轨道时间尺度黄土古气候记录的研究工作需要重新审视. 初步分析认为, 黄土堆积的加剧侵蚀可能受气候变化控制.     

最近130ka黄土高原夏季风变迁的Rb和Sr地球化学证据

我国的黄土-古土壤序列完整地记录了最近2.5Ma东亚古气候的变化,其中的磁化率被证明是指示夏季风环流强弱的一个较好的代用指标.近年来,有关黄土和古土壤中磁化率成因已有多种模式提出,研究工作仍在深入.为此,从地球化学角度出发,在黄土-古土壤剖面中找出分辨率高、指示性强、成因清楚的气候代用指标,对于揭示磁化率的成因和指示古气候的变化均有重要意义.笔者在分析了大量元素之后,选择了Rb和Sr进行深入探讨,取得了较为满意的结果.由于Rb和Sr表生地球化学行为主要受风化成壤作用强度,尤其是土壤湿度控制,因此黄土-古土壤中Rb/Sr比有可能成为揭示黄土高原夏季风变迁历史的又一替代性指标.1 样品的采集与分析样品采自洛川黑木沟剖面,该剖面位于陕西省洛川县城南约5km(35°45′N,109°25′E).采样层位包括全新世黑垆土(S_0)、马兰黄土(L_1)、离石黄土顶部第1层古土壤(S_1)及其下伏黄土(L_2).采样从黑垆土底部开始,采样间距20cm.样品同时进行磁化率测试和Rb和Sr的含量分析.磁化率测量在中国科学院西安黄土与第四纪地质国家重点实验室完成,采用英国Bartington公司制造的MS2磁化率仪进行测试.Rb和Sr含量分析在南京大学现代分析中心进行,采用X射线荧光光谱方法(XRF),其分析误差为±1(×10~(-6)).     

西伯利亚南部黄土沉积物的磁学性质

对西伯利亚南部Ｋｕｒｔａｋ剖在末次间冰期以来黄土－古土壤进行了较为详细的岩石磁学研究。实验结果表明该剖面磁化率变化特征与阿拉斯加风成沉积物相同,与中国黄土完全相反,Ｋｕｒｔａｋ剖面黄土和古土壤的频率磁化率值基本一致,这表明其成土作用较弱,磁化率随温度的变化特征以及等温剩磁测定结果揭示出黄土和古土壤的磁性的都是以磁铁矿为主,只含有极少的磁赤铁矿和赤铁矿,磁化率各向异性研究表明,Ｋｕｒｔａｋ地区黄土沉