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《西北大学》 2004年
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末次冰期以来陕北沙漠/黄土过渡带气候记录与环境变迁

杨利荣  
【摘要】:沙漠黄土过渡带地处东亚季风边缘,是沙漠—季风系统的产物。这一地区发育的古风成砂—砂质黄土—砂质古土壤型风积物序列在记录古气候、古环境变迁方面具有特殊的优越性。由于靠近物源区,风积物沉积速率大且夏季风对其改造作用弱,是开展高分辨率古气候研究的理想区域。 目前对黄土—古土壤序列的研究已比较成熟,并建立了黄土区特有的各种气候环境指标。黄土区的研究成果为起步不久的过渡带气候环境研究提供了广阔的思维空间和类比对象。黄土区环境指标的研究极大的促进了黄土的研究进程,推动黄土成为与深海沉积物、极地冰芯具有同等环境意义的重要陆相“地质环境信息库”,充实和完善了全球气候变化研究。对过渡带古环境气候的初期研究直接沿用黄土区指标,但在解释中出现了一些问题,尤其是粒度指标的运用。受沙漠—季风系统影响的风积物粒度组成不同于黄土区,具以粗砂为主,大小混杂的宽粒级范围的明显特征,因此造成在黄土区运用效果非常好的中值粒径、平均粒径等指标在过渡带的灵敏性并不高,尤其当反映气候转暖细颗粒增多时更加不明显。建立适合过渡带指标对研究该区高分辨率气候记录尤为重要,是开展深入研究的基础。 论文作者基于以上思路,在野外考察了准噶尔盆地、吐哈盆地、河西走廊、阿拉善高原、鄂尔多斯高原、黄土高原、内蒙古坝上高原、锡林格勒高原之后,确定了陕北沙漠/黄土过渡带带为论文研究区。并在研究区观测了数十个地点后,确定了5个地层连续、清晰的剖面为主要研究点。为便于与黄土区环境指标进行对比,计划选取对于黄土区研究较为成熟的粒度、磁化率、碳酸钙、全铁指标进行研究。在完成样品采集、测试、分析后,重新诠释了以上指标在过渡带的变化特征和环境意义,初步建立了该区的粒度、磁化率、碳酸钙以及全铁气候环境指标体系。 通过对过渡带粒度组成的系统研究,发现黄土区特征粒级的冬季风指标在该区不适用。过渡带风积物粘粒、粉砂以及细砂含量都与冬季风反相关,提出>63μm和2—10μm粒级分别作为过渡带冬季风正相关与反相关替代性指标。通过对<2μm和2—10μm颗粒含量相关性研究发现<2μm粘粒成因发生了冰期原生为主和间冰期次生为主的分异,表明冰期时夏季风对过渡带影响极弱,还未达到生成次生粘粒的程度,相比之下,黄土区黄土中含相当数量的次生粘粒可反映出两个地区不同的区域环境。总的看来,<2μm粘粒记录了冰期—间冰期夏季风强度变迁历史,可作为夏季风替代性指标。过渡带磁化率指标研究表明虽然冷暖期影响风积物磁化率的主要因素不同,但都是夏季风效应的产物。过渡带风积物磁化率数值小于黄土—古土壤序列是夏季风对该区影响强度弱于黄土区造成的。磁化率数值小并不影响对夏季风变迁历史的记录,其强弱变化在磁化率中仍能被记录到,无论是冰期—间冰期的大尺度波动或是次一级冰阶—间冰阶波动。所以磁化率指标能够完整记录夏季风变迁历史。过渡带和黄七区的CaCO_3指标都记录了气候的温湿变化,但响应结果恰恰相反。过渡带干 冷冰期碳酸钙含量低,而温湿间冰期高。变化过程不一致并不是因为两地区在caC03迁移 机制方面存在差异,而是由于两个地区区域环境差异所造成迁移富集程度不同造成的,并且 正是因为与黄土区的不一致性揭示出了过渡带不同于黄土区的自身干早一半干早区域环境 演化。全铁指标可指示区域环境景观,含量高反映区域植被发育良好,筱盖度较高,含量低 反映环境恶化。但间冰期部分地层内部全铁含量降低的现象与上层淋失的CaCO3富集造成 全铁相对含量降低有密切关系,反映当时气候更为温湿的特点。由于碳酸钙的迁移能力远大 于含铁矿物,它的淋失或富集对全铁含量影响很大,在分析过渡带全铁指标环境意义时应结 合caCO,的变化进行全面考虑。 在建立环境指标的基础上,根据指标变化对过渡带季风气候环境记录进行了相应研究, 发现在记录大尺度米兰科维奇旋回的基础上,还反映了可与北大西洋Heirich温度突变事件 和期间的DIO旋回进行对比的高频多旋回气候振荡事件,对!.3一1.0万年间末次冰消期气候 波动也又明显记录,充分显示了过渡带记录高分辨率气候信息的潜力。 在认识并理解了过渡带末次冰期以来区域气候环境演化规律的基础上,对末次冰期以来 该区及沙漠腹地发育的古风成砂进行研究,发现该时段以来在干冷冬季风影响下发生沙质草 原消亡、沙地活化和风成砂的扩张,通过对末次冰期与冰后期风积物粒度的分析,发现末次 冰期期间形成的沙层对目前区域荒漠化存在不可忽视的潜在威胁,保护全新世形成的土壤层 是防L卜区域沙漠化的最重要措施。
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