呂雁斌 趙家駒 黃 偉 陶士臣 安成邦

(蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室 蘭州 730000)

新疆巴里坤湖粒度組分分解及其環(huán)境指示意義①

呂雁斌 趙家駒 黃 偉 陶士臣 安成邦

(蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室 蘭州 730000)

選擇位于西風影響區(qū)的天山東段巴里坤湖湖泊巖芯樣品,對沉積物粒度組分進行經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分解,并探討各分量的環(huán)境意義。結(jié)果顯示,EOF1組分與沉積物粒度小于2μm組分相關(guān)系數(shù)達0.64以上,并與代表區(qū)域有效濕度的碳酸鹽氧同位素指標有很好的對應(yīng)關(guān)系,故將EOF1解譯為區(qū)域有效濕度的替代指標.OF2組分與粒級為45～138μm的顆粒相關(guān)系數(shù)大于0.65,且該粒級范圍與區(qū)域降塵概率曲線的粗顆粒部分相似,可能指示區(qū)域風沙強度。通過EOF分解所得到的兩個組分顯示中全新世為有效濕度較低、風沙活動較強的時段,這一結(jié)果與發(fā)生在以蒙古高原北部為中心的區(qū)域中全新世干旱事件有較好的對應(yīng)關(guān)系。同時,西伯利亞高壓的加強所導(dǎo)致的西風環(huán)流和冬季風的增強為風沙活動提供了較好的動力基礎(chǔ),因此亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)的干旱化和風動力條件的加強很可能是導(dǎo)致該區(qū)域中全新世風沙活動增強的主導(dǎo)因素。

巴里坤湖 沉積物粒度 經(jīng)驗正交函數(shù) 全新世 有效濕度 風沙活動

0 引言

亞洲中部干旱區(qū)對理解全球氣候系統(tǒng)有重要作用[1,2]。廣泛分布的湖泊為理解該區(qū)域全新世氣候變化提供了高分辨率的代用資料[3]。雖然全新世區(qū)域湖泊記錄的有效濕度的整體變化與季風區(qū)存在反相關(guān)關(guān)系[4],但中、晚全新世的變化仍然較為復(fù)雜,特別是中全新世存在區(qū)域內(nèi)部的非同步性變化[5]。這種非同步性可能是由于干旱區(qū)內(nèi)部受到不同的因素控制所導(dǎo)致的,如不同的環(huán)流系統(tǒng)的影響[6],青藏高原下沉氣流的影響[7]以及下墊面的反饋因素[8]等都可能貢獻于區(qū)域氣候的非同步性變化。關(guān)于季風系統(tǒng)是否能夠深入干旱區(qū)腹地從而影響亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)的全新世氣候變化的問題也存在很大的爭議[4,9～12],因而選擇具有同步性變化的區(qū)域的邊緣地帶作為研究不同區(qū)域間氣候變化的紐帶是較為有效的分析方法。位于天山東段的巴里坤湖與準噶爾盆地和蒙古高原相鄰,是聯(lián)系兩地氣候變化的紐帶。更重要的是,中國干旱-半干旱區(qū)的中全新氣候記錄顯示新疆地區(qū)與內(nèi)蒙古地區(qū)存在差異[5],因此巴里坤湖全新世的氣候變化,特別是中全新世的氣候特征可能為理解兩地的中全新世氣候變化之間的聯(lián)系提供新的思路。

湖泊沉積物粒度作為一種有效的代用指標被廣泛用于古環(huán)境重建當中[13]。湖泊沉積物粒度主要受研究點距岸的距離、湖泊環(huán)流的動力以及沉積物來源的控制[14]。亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)是世界上最大的粉塵源區(qū),該區(qū)域的湖泊沉積的粒度信息也記錄了區(qū)域的風沙活動,因而可以通過湖泊沉積物粒度的特定組分重建區(qū)域的風沙活動歷史[15,16]。與此同時,豐富的物質(zhì)來源為干旱區(qū)湖泊的解譯造成了較大的困難。通過沉積物粒度概率曲線的特征來確定沉積物來源[12]、運用現(xiàn)代過程研究得出有關(guān)塵暴的特征粒級來重建區(qū)域沙塵歷史[16]以及利用粒級-標準偏差法提取沉積物中的沙塵活動信息[15]等手段都成功地應(yīng)用于干旱區(qū)湖泊沉積物粒度的研究當中。既然湖泊沉積物中包含了多種信號,而這些信號都是彼此獨立的,那么就可以依據(jù)在時間序列中各個信號的變化趨勢不同來提取各主要信號的變化趨勢。經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分析作為統(tǒng)計學降維處理技術(shù)被用于生物指標的古環(huán)境解譯[12,17]以及代用指標的空間分析中[18],特別是在海岸地貌與沉積學中具有較好的應(yīng)用基礎(chǔ)[19,20]。其可從復(fù)雜的變量中提取出有效的變化趨勢,因而對多變量的數(shù)據(jù)分析具有很好的適用性。

圖1 研究區(qū)概況圖A.巴里坤地區(qū)地貌圖;B.巴里坤地區(qū)年平均氣溫與年平均降水(1961-1999)Fig.1 Geology and climate information of the study areaA.Geological background of the Barkol;B.seasonal temperature and precipitation distribution of Barkol(1961-1999)

1 研究區(qū)概況

巴里坤湖(43°37'N,92°46'E)位于天山東段,屬新生代山間構(gòu)造斷陷形成的硫酸鎂亞型鹽湖,現(xiàn)代東亞夏季風難以到達[21]。早第四紀以來,巴里坤湖泊的最大面積達800 km2,之后逐漸縮小到500 km2左右,現(xiàn)代巴里坤湖面積約為120 km2[22]而平均水深僅為0.7～0.9 m[23]。巴里坤地區(qū)現(xiàn)代年平均溫度為1.1℃,平均蒸發(fā)量為1 638 mm,其遠大于年平均降水量202.3 mm[22]且年分布不均(圖1)。湖泊主要受冰川融水的補給。古爾班通古特沙漠位于巴里坤西部,占地4.5萬km2,是世界第三大沙漠,為北疆地區(qū)重要的粉塵源區(qū)。巴里坤湖地區(qū)的古氣候變化一直是學術(shù)研究的熱點,早期的研究表明該地區(qū)的全新世氣候變化以冷-干、暖-濕的“西風模式”為主要特征[23],但湖泊蒸發(fā)鹽結(jié)果并不支持冰期與雨期同步的氣候[24]。近期的研究表明巴里坤湖地區(qū)的全新世氣候變化與北疆地區(qū)的湖泊記錄的變化有較好的一致性,很可能受到高、低緯度氣候變化信號的共同影響[25]。特別是湖泊記錄的區(qū)域風沙活動歷史與冰芯記錄的微粒變化有較好的相關(guān)關(guān)系[15]。雖然前人的研究觀點不盡相同,但豐富的基礎(chǔ)資料可為本次研究的粒度解譯提供較好的研究背景。

2 材料與方法

2006年3月,利用Kullenberg活塞鉆獲取426 cm的連續(xù)巖芯。巖芯底部336～426 cm為沙兼有不規(guī)則礫石,336 cm以上為穩(wěn)定的湖相沉積物(圖2)。224～336 cm:黏土夾雜白色粉末且顏色較淺;72～ 244 cm:黑色黏土質(zhì)湖泥,其中72～171 cm有臭雞蛋氣味的氣體溢出(可能為H2S);24～72 cm:白色粉砂兼有晶體狀物質(zhì)且在24～50 cm有若干白色條帶;0 ～24 cm:粉砂質(zhì)黏土。本次研究只討論336 cm以上的湖相沉積部分。收集湖區(qū)降塵樣品4個。巖芯在實驗室按1 cm間距分樣后,采用Thermo Savant's LyoPump系統(tǒng)冷凍干燥后進行粒度分析,降塵樣品直接進行粒度分析。代用指標分析在蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室完成。

沉積物常規(guī)14C年代測定由蘭州大學常規(guī)14C年代學實驗室完成,加速器14C測年(AMS)經(jīng)過標準前處理流程(酸-堿-酸)后由北京大學第四紀地質(zhì)與考古年代學實驗室完成測試。除一個植物殘體樣品外,其余樣品均為沉積物全有機質(zhì)。巖芯的地層學和年代學的詳細討論見另文論述[26]。

粒度分析采用英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersize2000粒度儀,測量范圍為0.02～2 000μm,重復(fù)測量誤差小于2%。取干燥后樣品0.2～0.5 g,加雙氧水加熱去有機質(zhì),再加鹽酸加熱去碳酸鹽,加蒸餾水靜置12 h以上,用吸管小心吸掉上層清液,加10 m l分散劑(0.1 mol/L六偏磷酸納),用超聲20℃振蕩7 mins后進粒度儀測量[13]。

碳酸鹽同位素樣品的前處理流程如下:首先,將粉末樣品浸泡于去離子水中一夜,然后濕篩取小于80μm的部分用5%的次氯酸鈉溶液浸泡24 h去除其中的有機質(zhì),之后用去離子水將樣品洗至中性并在40℃恒溫條件烘干。最后,前處理后的樣品在蘭州大學西部環(huán)境教育部重點實驗室利用 Finnigan Gasbench II進樣系統(tǒng)連接Finnigan MAT-253型質(zhì)譜分析儀進行分析。

由于粒度測試的所有樣品的粒級分布范圍為0.3 ～1 000μm,故選取該粒度范圍之內(nèi)不同粒級的百分含量為EOF分析的對象。分析過程使用SPSS軟件完成。

圖2 BLK06鉆孔的巖性與年齡模式[26]Fig.2 Lithology and age-depth mode of the Core BLK06

3 結(jié)果與討論

3.1 湖泊自生碳酸鹽同位素

巴里坤BLK06孔的礦物含量指示沉積物以文石和方解石為主,代表了碳酸鹽以湖泊自生碳酸鹽為主[24,25]。對于內(nèi)陸封閉湖泊而言,其自生碳酸鹽氧同位素主要指示流域的有效濕度[27],中國干旱區(qū)的湖泊自生碳酸鹽氧同位素也支持區(qū)域有效濕度為主的解譯[28,29].LK06鉆孔氧同位素變化范圍為-9.7‰～0.3‰,如此大的變幅表明蒸發(fā)量/降水量作用在序列的氧同位素變化起主導(dǎo)作用,溫度以及年平均降水同位素變率不可能造成如此大的氧同位素變化[11]。實際上,降水量/蒸發(fā)量的作用指示了區(qū)域有效濕度的變化,因此BLK06鉆孔的湖泊自生碳酸鹽氧同位素可以用于指示湖泊有效濕度。

3.2 沉積物降塵與湖泊沉積物粒度

巴里坤BLK06鉆孔以及降塵樣品的沉積物粒度的三角圖(圖3)顯示湖泊沉積物的粒度組分與降塵樣品的粒度組成不同。降塵樣品中沙組分含量較湖相沉積物高,且其概率分布曲線為雙峰分布,眾數(shù)分別為13.2μm和61.2μm(圖4)。850百帕流場分析結(jié)果顯示巴里坤位于古爾班通古特沙漠的下風向[30]。古爾班通古特沙漠樣品粒度概率分布曲線呈單峰為主的分布,峰值位于約100～300μm之間[12]。風力搬運并沉積到沙漠周圍地區(qū)的物質(zhì)顆粒應(yīng)小于源區(qū)物質(zhì)的顆粒,如沙漠北部的烏倫古湖的降塵樣品的概率累計曲線峰值的眾數(shù)約70μm[12]。因此,巴里坤降塵樣品中粒級較大部分的峰值主要來源于古爾班通古特沙漠。黃土粉塵研究顯示黃土沉積物中較細部分的峰值主要反映高空西風環(huán)流的粉塵本底[31]。塔克拉瑪干沙漠作為西風帶重要的粉塵源區(qū)為高空西風環(huán)流提供較細的粉塵[32],而其恰好被西北太平洋的沉積物粒度所記錄[33]。巴里坤降塵樣品粒度概率分布曲線所指示的較為顯著的細粒組分應(yīng)當指示區(qū)域粉塵的背景。

圖3 巴里坤湖BLK06鉆孔以及區(qū)域降塵樣品的三角圖A.白色圓圈為降塵樣品;B.黑色實心三角為湖泊鉆孔樣品Fig.3 Ternary diagramA.Open circle is the dust sample;B.Solid triangle is the lacustrine samples of the Core BLK06

湖泊沉積物粒度樣品顯示有兩種主要的概率分布(圖4),類型A占沉積物總數(shù)的69.9%,其為單峰分布且其眾數(shù)約10μm,指示其物源單一,為穩(wěn)定的湖泊沉積物。而類型B占沉積物總數(shù)的30.1%,為雙峰分布,眾數(shù)分別約為5μm和60μm指示其物源并不單一。通過與典型的湖泊沉積物A以及降塵樣品C的曲線對比可以發(fā)現(xiàn),樣品B中既包括了較細的湖相沉積信息,也包括了降塵中較粗物質(zhì)的信息。由此可見,巴里坤湖沉積物粒度符合干旱區(qū)湖泊粒度組分復(fù)雜的性質(zhì),適合用于不同組分的提取。

圖4 巴里坤沉積物與降塵樣品的粒度概率曲線.A和B為BLK06鉆孔樣品,C為降塵樣品Fig.4 Grain-size probability curve of the Lake sediment and dust sample.A and B is the lake sediment sample,C is the dust sample

3.3 沉積物粒度EOF分解及其環(huán)境意義

通過EOF分解得出前4個組分對粒度整體變化的貢獻率達到81.7%,且每個組分均通過0.1的信度檢驗,指示沉積物粒度的變化受多種因素的影響。其中前兩個組分的累計貢獻率為56.8%,是沉積物粒度變化的主要組成部分,因此本研究對EOF分解的EOF1組分和EOF2組分的環(huán)境意義進行討論。

EOF分解的結(jié)果顯示EOF1代表整體變量的34.2%(表2),其與細顆粒組分特別是小于2μm部分相關(guān)性達0.64以上。因此,EOF1指示了超細粒組分以及部分細顆粒組分的變化。黃土中的超細粒組分(小于1μm)主要與黃土的成壤作用有關(guān),而在成壤作用較弱的干旱區(qū)的大氣降塵中并沒有這一組分[34]。因此,這一組分應(yīng)當反映了湖泊沉積物信號,指示湖泊水體和水動力狀況。在干旱區(qū),由于降水時間分布的不均性,導(dǎo)致在降水過程中容易形成坡面湍流,其有利于攜帶大量的細顆粒物質(zhì),最后匯入湖泊之中,這一過程是干旱區(qū)湖泊細顆粒物質(zhì)沉積的重要途徑(強明瑞,個人交流)。對降水十分敏感的內(nèi)陸干旱區(qū)而言,降水量的變化反映了流域有效濕度的變化,因此可以將EOF1組分解譯為流域有效濕度。另外,巴里坤湖泊沉積物粒度EOF1的全新世演化序列與湖泊自生碳酸鹽氧同位素結(jié)果有較好的一致性(圖5),證明EOF1組分作為湖泊有效濕度替代指標的可靠性。

EOF2分量與粒級為45～138μm的顆粒相關(guān)系數(shù)大于0.65呈顯著正相關(guān)關(guān)系,而與8～20μm的顆粒相關(guān)系數(shù)小于-0.69呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。湖泊沉積物中45～138μm組分的最高含量小于32.7%,大部分樣品的這一組分含量約為10%,揭示這一組分并不是湖泊沉積物的主體部分。而巴里坤現(xiàn)代降塵的粒度概率分布曲線顯示降塵的較粗部分的峰值落在這一粒級區(qū)間。蘇干湖的塵暴研究顯示大于63 μm的沙組分主要由風力搬運入湖,其百分含量可以用于重建區(qū)域的塵暴歷史[16],而利用粒級-標準偏差法得到的巴里坤地區(qū)風沙活動敏感組分為45～ 180μm[15]。由此可見,粒級為45～138μm的部分與巴里坤地區(qū)風沙活動密切相關(guān)。與此同時,湖泊沉積物中8～20μm組分平均含量約40%,表明該組分仍然以湖泊沉積為主,而現(xiàn)代降塵樣品中指示區(qū)域粉塵背景信息的眾數(shù)為13.2μm的次峰,這兩者構(gòu)成了EOF2負相關(guān)關(guān)系的主體部分。一般而言,當區(qū)域風沙活動較強時,粗顆粒的風沙組分的增加會使得背景粉塵的相對含量減少,同時也是降水較少、湖泊沉積物主體較少的時期,因而與BLK06鉆孔沉積物粒度EOF2組分呈反相關(guān)關(guān)系的8～20μm組分也從另外一個側(cè)面指示了區(qū)域的風沙活動。

表1 經(jīng)驗正交函數(shù)的特征值及組分貢獻率Table1 Feature of the empirical orthogonal function and the contribution of each component

通過EOF分解所得到的全新世以來區(qū)域風沙活動的變化與BLK1鉆孔利用粒度-標準偏差法計算的區(qū)域風沙活動[15]變化趨勢相同(圖5),兩者都指示中全新世為區(qū)域風沙活動最為強盛的時期,該結(jié)果與敦德冰芯[35]和古里雅冰芯[36]記錄的塵暴信息一致[15]。而西北太平洋記錄的亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)的粉塵信息也指示了6 000年為30 000年以來粉塵通量最大的時期[33],該結(jié)果同樣指示了亞洲內(nèi)陸地區(qū)的風沙活動在中全新世達到最強盛的時期。由此可見, BLK06鉆孔粒度分解的EOF2組分可以作為區(qū)域風沙活動的代用指標。

3.4 基于EOF分解的全新世氣候變化

通過EOF的第一組分和第二組分的綜合分析, BLk06鉆孔所記錄的全新世氣候變化大致可以分為三個主要的階段:階段Ⅲ(約8.6～6.6 cal.ka B.P。),EOF1組分和EOF2組分的變率較小,表明該階段的氣候相對穩(wěn)定,湖區(qū)有效濕度適中、區(qū)域風沙活動較弱。階段Ⅱ(約6.6～3.0 cal.ka B.P。),該階段EOF1組分和EOF2組分分別為全序列的最低值和最高值,指示該時段區(qū)域氣候總體以有效濕度較低,風沙活動強烈為特征。根據(jù)兩組分的變化趨勢不同,可將該階段分為三個亞階段,其中亞階段Ⅱ3(約6.6～ 4.5 cal.ka B.P。)和亞階段Ⅱ1(約3.8～3 cal.ka B.P。)為兩次有效濕度的低值階段,與之對應(yīng)的是EOF2組分所代表的風沙活動增強。而亞階段Ⅱ2 (約4.5～3.8 cal.ka B.P。)EOF1組分有明顯的增高,且與EOF2組分的明顯降低有較好的對應(yīng),但EOF1組分在2.5 cal.ka B.P。左右的明顯增加并沒有在EOF2組分中有明顯的變化。該現(xiàn)象表明兩組分所指示的氣候變化信號有所不同.OF1組分記錄的高頻變化較明顯,可能受局地的氣候和水文變化影響較大。而EOF2組分所反映的低頻變化趨勢較明顯很可能指示大區(qū)域的風沙變化。階段Ⅰ(3.0 cal.ka B.P。以來),EOF1組分整體較高且相對穩(wěn)定,而EOF2逐漸減小,指示區(qū)域晚全新世氣候相對穩(wěn)定,風沙活動較弱。

3.5 區(qū)域氣候記錄對比與討論

巴里坤湖粒度記錄的約6～3 cal.ka B.P。區(qū)域有效濕度整體偏低、風沙活動增強的信號有較好的區(qū)域一致性。新疆北部阿勒泰地區(qū)的烏倫古湖的介形蟲殼體氧同位素指示約5.3～1.3 cal.ka B.P。為整個剖面最干燥的階段[28],其孢粉記錄也顯示了7.7～ 3.6 cal.ka B.P。的氣候向溫暖偏干的轉(zhuǎn)型[37]。事實上,中全新世的干旱事件在蒙古高原北部地區(qū)有較廣泛的記錄.haamar[38]和Khyaraany[39]的黃土序列記錄了沙為主的中全新世沉積,表明這一時段的氣候較為干旱.elmen[40,41]、Gun Nuur[42]、Khubsugul[43]以及蒙古西北部的Dood Nuur和Hovsgol Nuur[44]高分辨率的湖泊記錄也同時指示了中全新世的干旱事件。不僅如此,中國的內(nèi)蒙古西部的湖泊[45,46]和泥炭[47]資料也支持中全新世存在干旱事件,但是其他記錄并不支持這一干旱事件在內(nèi)蒙古地區(qū)的一致性。定西的黃土剖面、BaaharNuur的湖泊記錄和臨近的黃土高原西部[38]以及內(nèi)蒙古東部的岱海[48]的全新世氣候重建則反映了中全新世為降水豐沛而氣候濕潤的時期。由此可見,蒙古高原南北部的中全新世氣候存在差異[38],北部的蒙古國古環(huán)境記錄主要指示了中全新世的干旱氣候事件,雖然不同地區(qū)記錄的干旱時段有所差異[49]。南部區(qū)域的記錄并不一致,反映了干旱事件的影響在該區(qū)域逐漸減弱。與此同時,新疆地區(qū)除沙漠地區(qū)外其他湖泊基本上記錄了在7～5 ka B.P。的濕潤氣候[5],也表明了蒙古高原中全新世的干旱氣候事件并沒有影響到整個新疆地區(qū)。而巴里坤湖和烏倫古湖毗鄰蒙古高原,同時也記錄了此次干旱氣候事件,說明蒙古高原中全新世的干旱氣候事件的影響范圍至少可以向西擴展到到新疆的東部和北部。

圖5 BLK06鉆孔代用指標結(jié)果及對比A.BLK06鉆孔的平均粒徑 B.BLK06鉆孔粒度EOF1組分 C.BLK06鉆孔的碳酸鹽氧同位素D.BLK06鉆孔粒度EOF2組分 E.BLK1剖面風沙組分粒級含量[15]Fig.5 Proxy results of BLK06 and comparisonA.Mean grain-size of Core BLK06 B.EOF1 component of Core BLK06 C.Oxygen isotope of carbonate from Core BLK06 D.EOF1 component of Core BLK06 E.Sandstorm component contents from Section BLK1

作為世界上最重要的粉塵源區(qū),亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)的干旱化可以為大范圍區(qū)域的風沙活動以及塵暴的發(fā)生提供豐富的物源。本文所解譯的全新世區(qū)域風沙活動最強的時段為中全新世,這與薛積彬和鐘巍在巴里坤湖風沙活動重建中的研究結(jié)論[15]有較好的對應(yīng)關(guān)系,證明巴里坤湖記錄全新世風沙活動的一致性。不僅如此,古里雅冰芯的微粒濃度在中全新世有所增高[36],可推斷出青藏高原西北部和新疆東部中全新世的風沙活動強烈。騰格里沙漠西北緣的青土湖的記錄也顯示在5～2.5 cal.ka B.P。風沙活動逐漸增強并且在7.5 cal.ka B.P。時出現(xiàn)了強風沙事件[50],表明中全新世的強風沙氣候在中國西北干旱區(qū)有較為一致的記錄。風成沉積的石英中的氧同位素以及電子自選共振信號強度信號表明亞洲內(nèi)陸的粉塵可在以日本和韓國為代表的西北太平洋地區(qū)沉積[51～53],而西北太平洋的海洋記錄中提取的通過西風環(huán)流所帶入的亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)的粉塵信號顯示在約6 ka B.P。粉塵沉積通量達到最大,指示了中全新世粉塵源地的干旱化過程[33]。西北太平洋的粉塵記錄不僅對位于粉塵源區(qū)的巴里坤湖所記錄的中全新世風沙活動增強有較好的響應(yīng),同時也支持以蒙古高原北部為中心的中全新世干旱事件。因此,區(qū)域的干旱化以及風沙活動的增強可能是以蒙古高原北部為中心的地區(qū)中全新氣候的主要特征。

西風環(huán)流和冬季風的盛行都可以導(dǎo)致干旱區(qū)的粉塵在以日本和韓國為代表的下風向區(qū)域沉積[54]。冬季風的強弱受到西伯利亞-蒙古高壓的控制[55]。另外,當北半球較冷的時候會導(dǎo)致西風環(huán)流的加強,從而增加亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)的粉塵向大氣的輸送[56]。雖然目前干旱區(qū)的資料并不能成功地將兩種環(huán)流系統(tǒng)所導(dǎo)致的風沙活動所區(qū)分開,但冰期時盛行冬季風,蒙古高壓和西伯利亞高壓較強,那么西伯利亞高壓的變化就決定了干旱區(qū)風沙活動的動力基礎(chǔ).ISP2冰芯記錄的K離子所指示的西伯利亞高壓在5 cal.ka B.P。和3 cal.ka B.P。時段有兩次明顯的加強[57],這與干旱區(qū)中全新世的風沙活動增強也有較好的聯(lián)系。因此,西伯利亞高壓的強弱對中全新世以蒙古高原北部為中心的地區(qū)的氣候變化有著重要貢獻。

4 結(jié)論

巴里坤湖BLK06鉆孔的全新世沉積物粒度EOF分解表明EOF1和EOF2組分能夠反映粒度的整體變化趨勢.OF1組分與小于2μm的粒級百分含量有較好的正相關(guān)關(guān)系并與指示區(qū)域有效濕度的湖泊自生碳酸鹽氧同位素有較好的一致性,說明粒度的EOF1組分可以指示流域有效濕度.OF2組分與現(xiàn)代降塵中較粗粒級部分(45～138μm)呈良好的正相關(guān)關(guān)系,并且與巴里坤湖另一鉆孔利用粒度―標準偏差法計算的區(qū)域風沙活動歷史有較好的對應(yīng)關(guān)系,因此代表了區(qū)域風沙活動強度。巴里坤湖記錄的中全新世有效濕度降低以及風沙活動增強與蒙古高原北部為中心的中全新世干旱事件有較好的對應(yīng)關(guān)系,反映了區(qū)域性變化,同時西伯利亞高壓的變化可能對該區(qū)域的氣候變化有一定的貢獻。

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Decomposition of the Grain-size Component and Its Climate Implication from Lake Barkol,Xinjiang

LüYan-bin ZHAO Jia-ju HUANGWei TAO Shi-chen AN Cheng-bang
(Key Laboratory of W estern China's Environmental System s,MOE,Lanzhou University,Lanzhou 730000)

A 426 cm core from Lake Barkol,eastern Tian Shan,provides the evidence of Holocene climate in Westerly dominated Asia.Here,we presenta grain-size component series decomposed by empirical orthogonal function and the chronology is based on radio carbon dating.The results show that the EOF1 componenthas a high correlation coefficient(0.64)with the volume percentage of the component less than 2μm,furthermore it is similar to the evolution pattern of oxygen isotope from carbonate which is a proxy indicating the regional effectivemoisture,so the EOF1 component is an indicator of the effectivemoisture in the region.Modern dustgrain-size analysis from Barkol shows a peak percentage around 61.2μm.Coincidently,the EOF2 component has a high positive correlation coefficient with the grain-size ranging from 45 to 138μm,which suggests that the EOF2 indicates the regional dust activity.EOF results suggested that the effectivemoisture was low and the dust activity was strong in mid-Holocene,which was consistent with themid-Holocene arid interval occurred in the northern Mongolia Plateau.The enhanced Siberia high intensified the Westerly circulation and wintermonsoon,and which could be themain reason for the arid and dustymid-Holocene climate in the research region.

Lake Barkol;grain-size;empirical orthogonal function;Holocene;effectivemoisture;dust activity

呂雁斌 男 1982年出生 博士研究生 湖泊演化與古環(huán)境重建 E-mail:yanbin.lv@gmail.com

P512.2

A

1000-0550(2011)01-0134-09

①國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目(編號:2010CB950202)資助。

2009-10-20;收修改稿日期:2010-03-11