張欣佳，孫惠玲，吳 鐸 ，張曉楠，周愛鋒＊＊

(1:蘭州大學(xué)西部環(huán)境與氣候變化研究院，蘭州730000)

(2:云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明650500)

中全新世以來，全球氣候明顯比早全新世溫暖了許多，出現(xiàn)了全球性的高溫期［1］.研究表明過去6000年里地球軌道參數(shù)(insolation)在千年尺度上的變化導(dǎo)致太陽能重新分配，從而使得北半球夏季赤道輻合帶南移［1］.這一變化伴隨著亞非地區(qū)季風(fēng)系統(tǒng)的減弱，進(jìn)而導(dǎo)致這兩個(gè)大洲氣候干旱化與荒漠化［1－3］.而軌道參數(shù)變化的同時(shí)還導(dǎo)致了太平洋地區(qū)的ENSO及大西洋地區(qū)NAO的變化——ENSO活動(dòng)增強(qiáng)，NAO指數(shù)變?yōu)樨?fù)值［1，4－7］.整體而言，中全新世以來全球氣候不存在如冰期- 間冰期一般的氣候旋回［1］，但是在全球范圍內(nèi)依然存在4800----4600、2800----2600、1650----1450和650 ---450 cal a B.P.四次顯著冷事件［8］.由于我國地域遼闊，在過去6000年里其氣候與環(huán)境不僅隨著時(shí)間而變化，同時(shí)還伴隨著明顯的空間差異［9－11］.如夏季風(fēng)主要影響著我國東南季風(fēng)區(qū)的氣候，而西北干旱區(qū)氣候則受到西風(fēng)的顯著影響［12］.六盤山位于黃土高原中部地區(qū)，屬于我國東南季風(fēng)區(qū)與西北干旱區(qū)之間的過渡區(qū).研究表明該地區(qū)整體氣候受夏季風(fēng)影響，其氣候記錄大體趨勢(shì)與季風(fēng)區(qū)石筍記錄一致;同時(shí)受到多方因素的影響，氣候變化相對(duì)東部季風(fēng)區(qū)更為復(fù)雜［13－14］.六盤山與黃土高原地區(qū)自古以來就有人類活動(dòng)存在，人類活動(dòng)無疑會(huì)對(duì)研究區(qū)環(huán)境變化起重要作用.1980s初，Oldfield和Thompson等完成了新學(xué)科“環(huán)境磁學(xué)”的系列開創(chuàng)性研究工作［15－19］.由于磁學(xué)參數(shù)測(cè)量的無破壞性、快捷性和靈活性，環(huán)境磁學(xué)技術(shù)廣泛地應(yīng)用到各種古環(huán)境問題的研究中，如深海沉積、湖泊沉積、黃土沉積等［19－20］.根據(jù)湖泊類型、沉積物來源以及沉積后的后期改造作用和生物自生作用的不同，磁學(xué)參數(shù)所指示的意義也不同［21－23］.如山西寧武公海沉積物主要來源于湖盆周圍，沉積物沉積到湖泊后受到的后期改造、生物自生作用影響較弱，因此其質(zhì)量磁化率高值指示強(qiáng)夏季風(fēng)［24］.六盤山天池地處季風(fēng)邊緣區(qū)，磁性礦物來源復(fù)雜，沉積物磁學(xué)參數(shù)所指示的氣候意義不能一概而論.本文將詳細(xì)分析六盤山天池湖泊沉積樣品的磁學(xué)參數(shù)，以研究過去6200年里夏季風(fēng)強(qiáng)度變化及研究區(qū)內(nèi)氣候環(huán)境變化，并深入討論人類活動(dòng)對(duì)研究區(qū)氣候環(huán)境的影響.

1 研究區(qū)概況

六盤山天池(35°15'N，106°18'E;海拔2430 m)又稱關(guān)山天池，位于甘肅省莊浪縣境內(nèi)，為一小型間歇性排水堰塞淡水湖(圖1a，d).湖泊面積2×104m2，流域面積20×104m2，最大水深8.2 m.主要補(bǔ)給方式為降水補(bǔ)給.六盤山天池流域年均降水量615 mm，年均溫度3.4℃.植被以灌叢和草甸為主［13］.

圖1 六盤山天池地理位置(a)、部分巖芯紋層結(jié)構(gòu)(b)、冷杉植物殘?bào)w(c)和流域概況(d)Fig.1 Location of Lake Tianchi of Liupan Mountain(a)，photo of sediment core(b)，photo of remain fir needles(c)，photo of Lake Tianchi catchment(d)

2 材料與方法

2007年11月，在湖心處使用奧地利UWITEC平臺(tái)鉆進(jìn)行巖芯鉆探，獲得兩根長(zhǎng)約11 m的平行鉆孔，從頂部至底部出現(xiàn)數(shù)段連續(xù)清晰的湖相紋層狀沉積(圖1b).紋層中深色部分以有機(jī)質(zhì)為主，淺色部分主要是碎屑物質(zhì).同時(shí)在巖芯中發(fā)現(xiàn)了大量且連續(xù)的陸生高等植物殘?bào)w(從162 cm處至底部均有發(fā)現(xiàn))，如完好的冷杉葉片(圖1c)，為高分辨率的測(cè)年提供了極佳的陸源植物14C測(cè)年材料.

本文主要進(jìn)行了環(huán)境磁學(xué)指標(biāo)的測(cè)量.樣品按1 cm間隔進(jìn)行分樣，利用冷凍干燥儀器干燥后將樣品裝入2 cm×2 cm×2 cm無磁塑料盒中稱重，測(cè)量.前100 cm樣品全部測(cè)量，之后的樣品間隔進(jìn)行測(cè)量.磁性參數(shù)按照Dearing描述的方法來測(cè)量，并計(jì)算相關(guān)參數(shù)［25］.使用Bartington MS2磁化率儀測(cè)量低頻磁化率(χLF)和高頻磁化率(χHF)，Molspin旋轉(zhuǎn)磁力儀及脈沖磁場(chǎng)發(fā)生器測(cè)量非磁滯剩磁(ARM，交變磁場(chǎng)峰值100 mT，直流磁場(chǎng)0.05 mT)、1 T磁場(chǎng)的飽和等溫剩磁(SIRM)以及－300 mT磁場(chǎng)下的等溫剩磁(IRM).計(jì)算質(zhì)量磁化率(χ)、非磁滯磁化率(χARM)、S 比值(S－300)、頻率磁化率(χFD)以及比值參數(shù) χARM/χ、SIRM/χ、χARM/SIRM等.以上參數(shù)的測(cè)定均在蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 年代結(jié)果

14C測(cè)年材料全部選用GSA孔巖芯中保存完好的冷杉葉片(圖1c)，在蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室中合成石墨，然后送至北京大學(xué)AMS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量.14C結(jié)果用OXCAL 4.1程序［26］，采用Intcal 04校正數(shù)據(jù)［27］進(jìn)行日歷年齡校正，建立六盤山天池GSA孔可靠的14C年代框架，跨度為6200 cal a B.P.，年代- 深度模型見文獻(xiàn)［14］.

3.2 環(huán)境磁學(xué)參數(shù)結(jié)果

除頻率磁化率χFD(圖2g)外所有磁學(xué)數(shù)據(jù)趨勢(shì)一致，隨著深度的變化可以劃分為3個(gè)階段.①1093～532 cm:各組數(shù)據(jù)變化幅度不明顯，質(zhì)量磁化率χ(圖2a)、非磁滯剩磁磁化率χARM(圖2b)、飽和等溫剩磁SIRM(圖 2c)、χARM/χ(圖2f)、χARM/SIRM(圖 2e)的變化范圍分別為 6.8 ×10－8～28.3 ×10－8m3/kg、9.0 ×10－8～111.9 ×10－8m3/kg、180.5 ×10－5～946.8 ×10－5Am2/kg、0.19 ～7.50、0.01 × 10－3～0.37 ×10－3m/A;平均值分別為15.6 ×10－8m3/kg、35.9 ×10－8m3/kg、354.6 ×10－5Am2/kg、2.2 和 0.1 ×10－3m/A，該階段數(shù)值為整個(gè)巖芯最低值;②531～304 cm:各組數(shù)據(jù)緩慢上升，升幅不明顯，變化范圍分別為8.3×10－8～24.4×10－8m3/kg、21.5 ×10－8～ 208.5 × 10－8m3/kg、201.5 × 10－5～ 728.2 × 10－5Am2/kg、0.8 ～ 10.2 和 0.04 ×10－3～0.50 ×10－3m/A;平均值分別為 18.1 ×10－8m3/kg、94 × 10－8m3/kg、407.3 × 10－5Am2/kg、4.8 和0.21×10－3m/A，整體數(shù)值依然偏低;③303～0 cm:各組數(shù)據(jù)顯著上升，升幅明顯，變化范圍分別為13.6×10－8～50.5 ×10－8m3/kg、18.1 ×10－8～1456.9 ×10－8m3/kg、246.6 ×10－5～1338.7 ×10－5Am2/kg、1.2 ～28.8 和0.06 × 10－3～ 1.09 × 10－3m/A;平均值分別為 29.8 × 10－8m3/kg、552.4 × 10－8m3/kg、745.3 ×10－5Am2/kg、16.3 和0.64 ×10－3m/A.χ、χARM在 13 cm 處，SIRM 在 20 cm 處，χARM/χ、χARM/SIRM 在 23 cm處達(dá)到最高值，隨后下降至較低值.

環(huán)境磁學(xué)指標(biāo)S－300(圖2d)可以用來衡量低矯頑力鐵磁性礦物與高矯頑力反鐵磁性礦物的相對(duì)比例［29－30］，其中高值表明亞鐵磁性礦物相對(duì)含量較高［31］.GSA 孔樣品的 S－300比值變化范圍較大，在 10% ～90%范圍內(nèi)頻繁波動(dòng)，表明亞鐵磁性礦物和反鐵磁性礦物均為載磁礦物.變化趨勢(shì)與χ和SIRM完全一致，表明六盤山天池GSA孔沉積物中的亞鐵磁性礦物比例逐漸升高.且SIRM與χ相關(guān)性很好(R2=0.89)，表明所有樣品的磁性顆粒主要為亞鐵磁性礦物［19，32］.

87%樣品的頻率磁化率χFD(圖2g)小于5%，整體平均值為3.07%，表明樣品的磁性顆粒組合中超順磁(SP)顆粒沒有或很少［18］.SIRM、χ、S－300趨勢(shì)一致，表明 SP 顆粒對(duì)樣品的磁性強(qiáng)弱貢獻(xiàn)不大［19］，且 Dearing圖(圖3)顯示落在SSD/SP過渡范圍內(nèi)的樣品數(shù)量為零.結(jié)合χFD數(shù)據(jù)可以認(rèn)為GSA孔樣品中不含SP顆粒.在此前提下，χARM/χ與χARM/SIRM可以指示細(xì)顆粒亞鐵磁性礦物，磁性礦物顆粒越小，兩項(xiàng)比值參數(shù)越大［33－34］.GSA孔的χARM/χ和χARM/SIRM變化趨勢(shì)與χ變化趨勢(shì)也基本一致，表明細(xì)顆粒磁性礦物對(duì)磁性的增強(qiáng)起著重要的作用.

考慮到沉積物粒度特征對(duì)湖泊沉積物磁化率的影響，GSA孔樣品的粒度數(shù)據(jù)(中值粒徑)除了在個(gè)別深度出現(xiàn)明顯峰值外，整體呈水平狀，從底部到頂部無變化趨勢(shì)，因此認(rèn)為磁學(xué)參數(shù)與粒度并無相關(guān)性(粒度數(shù)據(jù)另文發(fā)表，本文不再詳細(xì)論述［35］).

圖2 GSA 孔 χ(a)、χARM(b)、SIRM(c)、S－300(d)、χARM/SIRM(e)、χARM/χ(f)、χFD(g)垂向變化Fig.2 Vertical changes of χ(a)，χARM(b)，SIRM(c)，S－300(d)，χARM/SIRM(e)，χARM/χ(f)，χFD(g)of GSA core samples

依據(jù)Dearing圖(圖3)能夠有效區(qū)分不同磁疇的沉積物磁性顆粒的大?。?6］.GSA孔巖芯樣品有近60%落在Dearing圖的MD+PSD范圍，這些樣品由全部691～1093 cm段樣品及部分279～690 cm段樣品組成.另有超過30%的樣品落在了粗粒SSD范疇，由剩余的279～690 cm段樣品及大部分0～278 cm段樣品組成.剩下少量樣品位于細(xì)粒SSD范圍內(nèi)，均為頂部0～278 cm段樣品.結(jié)果表明GSA孔巖芯樣品磁性顆粒粒度從底部到頂部逐漸變細(xì)，與χARM/χ和χARM/SIRM兩項(xiàng)比值參數(shù)指示的結(jié)果基本一致.

圖3 GSA孔樣品的Dearing圖Fig.3 Dearing plot of GSA core samples

綜上所述，可得出結(jié)論:GSA孔樣品磁性顆粒以亞鐵磁性和反鐵磁性礦物為主.底部主要是反鐵磁性礦物，從底部至頂部亞鐵磁性礦物比例逐漸升高，同時(shí)細(xì)顆粒磁性礦物也逐漸增多.

4 討論

湖泊中的磁性礦物一般來源于外源粉塵輸入、湖盆集水區(qū)徑流輸入及湖泊自生作用，此外后期氧化還原作用(早期成巖作用)同樣能導(dǎo)致磁性礦物發(fā)生變化［19］.早期成巖作用主要表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)的分解、元素的還原以及自生礦物的生成等.在湖泊中，有機(jī)質(zhì)的氧化分解消耗大量的氧從而形成還原環(huán)境.當(dāng)沉積物中有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，原始沉積的磁性礦物中的鐵的氧化物被還原分解，形成二價(jià)鐵離子，而后硫酸鹽中的硫元素被還原(SO24－→S2－);二價(jià)鐵離子(Fe2+)與硫化氫(H2S)反應(yīng)生成鐵的硫化物系列:磁黃鐵礦→膠黃鐵礦→黃鐵礦，一般認(rèn)為鐵的硫化物是這一時(shí)期的代表性礦物［19，37－40］.磁黃鐵礦和黃鐵礦的SIRM/χ值一般在100 kA/m 左 右，膠黃鐵礦的 S IRM/χ 值 為40 kA/m［32，41－42］，GSA 孔 樣品的 S IRM/χ 平均值為 2 2 kA/m，表明樣品中不含或含微量的鐵硫化物.同時(shí)成巖作用期間沉積環(huán)境處于富含細(xì)菌的還原條件下，許多較大的有機(jī)分子和無機(jī)分子都會(huì)被破壞，只保存最穩(wěn)定的部分(如木質(zhì)部分)，而在GSA孔巖芯中從底部到頂部均發(fā)現(xiàn)了大量的完整冷杉葉片［37］.且早期成巖作用所生成的自生磁性礦物多為細(xì)粒SSD顆粒［19］，GSA孔樣品中細(xì)粒SSD范疇內(nèi)的磁性礦物很少，且集中在頂部，更可能是來源于黃土高原地區(qū).因此可以認(rèn)為GSA孔巖芯沉積物中的磁性礦物并未受到早期成巖作用改造，湖泊沉積物真實(shí)記錄了研究區(qū)內(nèi)過去6200年的磁學(xué)特征.

GSA孔巖芯沉積物中的磁性礦物主要來源為外源粉塵輸入和湖盆集水區(qū)徑流輸入.GSA孔磁學(xué)數(shù)據(jù)顯示 χ 、χARM、SIRM 與 S－300在6200 ---1300 cal a B.P.相對(duì)較低，Dearing圖也顯示該段樣品中磁性顆粒以相對(duì)較粗的SSD、MD+PSD為主.同時(shí)χ、S－300與χARM/χ的變化趨勢(shì)一致(圖3)，這表明磁化率值高的磁性顆粒較細(xì)，這種情況通常與土壤發(fā)育有關(guān)［24］.關(guān)于山西寧武公海的研究表明［24］夏季風(fēng)越強(qiáng)，土壤發(fā)育程度越高，進(jìn)入湖泊的磁性礦物越多，樣品的χ值就越高.因此可以認(rèn)為6200 ---1300 cal a B.P.，GSA 孔 巖芯的磁學(xué)數(shù)據(jù)反映湖泊集水區(qū)土壤發(fā)育的強(qiáng)弱，間接指示夏季風(fēng)強(qiáng)度變化.1300 cal a B.P.后，χ、χARM、SIRM與S－300大幅度升高，Dearing圖顯示該階段沉積物中的磁性顆粒以細(xì)粒SSD為主.前后兩階段磁學(xué)數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯差異，可能是磁性礦物來源方式改變導(dǎo)致的.黃土高原地區(qū)在成壤過程中形成了大量細(xì)粒磁性礦物，且黃土樣品的χFD一般在0～4%之間［42－43］.推測(cè)對(duì)質(zhì)量磁化率起到了重要作用的細(xì)顆粒亞鐵磁性礦物主要來源于黃土高原地區(qū)的粉塵輸入.即6200----1300 cal a B.P.，夏季風(fēng)強(qiáng)，集水區(qū)土壤發(fā)育強(qiáng)，進(jìn)入六盤山天池的磁性礦物增加，χ值升高，磁化率反映的是夏季風(fēng)的強(qiáng)弱，χ高(低)值指示氣候濕潤(rùn)(干旱)，夏季風(fēng)強(qiáng)(弱).1300 cal a B.P.至今，夏季風(fēng)弱，但磁化率卻不同于上述變化模式，明顯升高.來源于黃土高原的黃土- 古土壤具有相對(duì)很高的磁化率值［43－44］，χ高達(dá)500×10－8m3/kg，這種流域外的磁性礦物輸入可導(dǎo)致湖泊沉積物χ值顯著升高.六盤山天池現(xiàn)代流域表土磁化率在14×10－8～30×10－8m3/kg之間［13］，介于成壤作用和粉塵輸入，表明兩種輸入方式是共同作用的.

將χ與同一巖芯得出的落葉樹孢粉數(shù)據(jù)及甘肅省歷史時(shí)期人口數(shù)量(圖4)進(jìn)行對(duì)比［28］，落葉樹孢粉曲線(圖4b)在6200----1300 cal a B.P.期間呈下降趨勢(shì)，指示夏季風(fēng)減弱，研究區(qū)氣候趨于干旱;χ(圖4a)在同一時(shí)期內(nèi)變化趨勢(shì)不明顯，但是大部分時(shí)期與落葉樹孢粉數(shù)據(jù)具有相同的趨勢(shì)，支持χ高(低)值指示氣候濕潤(rùn)(干旱)，夏季風(fēng)強(qiáng)(弱).1300 cal a B.P.后，落葉樹孢粉曲線整體呈下降趨勢(shì)，該時(shí)期季風(fēng)持續(xù)減弱，χ卻異常升高，依據(jù)前面的分析，該時(shí)期主要植被類型已經(jīng)退化，研究區(qū)氣候更加干旱，夏季風(fēng)持續(xù)減弱，與χ呈反向變化.Zhang等［45］分析了同一巖芯頂部6 m的孢粉數(shù)據(jù)后認(rèn)為:1100 cal a B.P.前，研究區(qū)主要植被類型為森林，喬木花粉比例高達(dá)90%，氣候濕潤(rùn);1100 cal a B.P.后，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦刹菰?，喬木花粉比例急劇下降，草本和灌木植物花粉比例增加，氣候干旱，且出現(xiàn)了大量谷物花粉和炭屑，表明人類活動(dòng)強(qiáng)烈干擾了研究區(qū)內(nèi)植被和景觀，甘肅省歷史時(shí)期人口數(shù)據(jù)(圖4c)也顯示該時(shí)期人口數(shù)量呈明顯增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)［46］.落葉樹孢粉曲線在800----450 cal a B.P.期間呈反向增長(zhǎng)，Zhang 等［45］稱之為森林再生期，認(rèn)為南宋- 元- 明初的長(zhǎng)期戰(zhàn)亂導(dǎo)致農(nóng)田荒廢且人口銳減，為森林的恢復(fù)提供了條件，圖4c顯示同時(shí)期人口數(shù)量的確在減少.該時(shí)期磁性礦物來源由于氣候持續(xù)干旱及黃土高原地區(qū)植被破壞轉(zhuǎn)變?yōu)橥庠捶蹓m輸入，同時(shí)χ還受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，能夠指示人類活動(dòng)的強(qiáng)弱.

圖4 GSA孔χ(a)、落葉樹孢粉百分比［28］(b)與甘肅省歷史時(shí)期人口數(shù)量［46］(c)對(duì)比Fig.4 Comparison of GSA core χ(a)，deciduous trees pollen record［28］(b)and population of Gansu Province during historical periods［46］(c)

將九仙洞［11］(圖 5 b)與董哥洞［47］(圖 5 c)的石筍 δ18O 記 錄、ΔTSI［48］(圖 5 d)及 G SA 孔 χ (圖 5 a)進(jìn)行對(duì)比.由于1300 cal a B.P.之后人類活動(dòng)極大影響了χ，不能完全反映研究區(qū)內(nèi)自然氣候變化，所以僅討論6200 ---1300 cal a B.P.時(shí)期.兩個(gè)石筍δ18O記錄的基本變化趨勢(shì)一致，顯示亞洲夏季風(fēng)逐漸減弱.董哥洞位于我國南部，δ18O記錄直接指示區(qū)域內(nèi)夏季降水量，間接指示亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度［47］.Wang等［47］認(rèn)為6200-1300 cal a B.P.期間，董哥洞石筍 δ18O 記 錄了4 個(gè)顯著弱季風(fēng)事件:1600、2700、4400 和 5 500 cal a B.P.(圖4 中1、3、5、7 號(hào)灰色條帶);同時(shí)我們還觀察到4 個(gè)顯著強(qiáng)季風(fēng)事件:2400、3900、4700 和5800 cal a B.P.(圖4中2、4、6、8號(hào)灰色條帶)，這8次顯著季風(fēng)事件在χ中均有響應(yīng).九仙洞位于我國中部，距離六盤山天池317 km，其石筍δ18O記錄同樣受到亞洲季風(fēng)強(qiáng)烈影響，直接反映區(qū)域內(nèi)夏季降水，間接指示亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)度［11］.但是由于區(qū)域自然氣候和地理位置等因素影響，整體變化趨勢(shì)與董哥洞石筍數(shù)據(jù)一致，短時(shí)間尺度上并不完全吻合.如岱海數(shù)據(jù)顯示7000----4000 cal a B.P.期間我國北部降水豐富［11］，與九仙洞石筍數(shù)據(jù)及χ一致，而董哥洞石筍數(shù)據(jù)呈明顯減弱趨勢(shì)，表明即使是在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，我國南北氣候還是存在差異的.九仙洞石筍數(shù)據(jù)與χ在多次氣候事件上吻合，呈明顯負(fù)相關(guān)，表明χ在1300 cal a B.P.之前的確與降水量相關(guān):氣候濕潤(rùn)(干旱)，降水量高(低)，χ值高(低).圖5還顯示8次強(qiáng)/弱季風(fēng)事件分別對(duì)應(yīng)著ΔTSI［48］的高/低值，Wang等［47］也認(rèn)為亞洲季風(fēng)變化與太陽能量輸出有一定的相關(guān)性:百年或數(shù)百年尺度上石筍δ18O記錄變化極大的時(shí)期與ΔTSI是吻合的.這是由于ΔTSI在一定程度上影響了熱帶輻合帶(ITCZ)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)亞洲季風(fēng)發(fā)生變化，直觀表現(xiàn)為降水量的改變，從而間接影響了研究區(qū)氣候和湖泊沉積狀況.由于研究區(qū)位于內(nèi)陸季風(fēng)邊緣區(qū)，其氣候在6200年間與董哥洞石筍指示的夏季風(fēng)變化趨勢(shì)一致;在ΔTSI驅(qū)動(dòng)亞洲季風(fēng)發(fā)生顯著變化的時(shí)期，研究區(qū)湖泊沉積物出現(xiàn)響應(yīng);但在百年尺度上明顯受區(qū)域性氣候影響，如黃土高原地區(qū);最近1300年更是受到了人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響.

綜上所述，可以將過去6200年劃分為兩個(gè)階段:

第一階段，6200----1300 cal a B.P..六盤山天池磁性礦物來源以成壤作用為主.此時(shí)季風(fēng)區(qū)的九仙洞、董哥洞石筍氧同位素記錄偏輕，指示夏季風(fēng)較強(qiáng).且該時(shí)期出現(xiàn)了全球性高溫期，我國西部冰川凍土大量融化，研究區(qū)氣候濕潤(rùn)［49］，夏季降水量高.χ值反映了4個(gè)顯著弱季風(fēng)事件:1600、2700、4400和5500 cal a B.P.;4個(gè)顯著強(qiáng)季風(fēng)事件:2400、3900、4700 和5800 cal a B.P..2400 ---1300 cal a B.P.期間，該地區(qū)人口出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)［14，46］，農(nóng)耕文明進(jìn)一步發(fā)展，黃河中游森林覆蓋率從53%下降至42%［50］，人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域氣候的影響開始逐漸增強(qiáng)，但并不顯著.

圖 5 GSA 孔 χ(a)與九仙洞［11］(b)、董哥洞［47］(c)δ18O 數(shù)據(jù)及 ΔTSI［48］(d)對(duì)比Fig.5 Comparison of GSA core χ(a)，δ18O record of Jiuxian cave［11］(b)，Dongge cave［47］(c)and ΔTSI［48］(d)

第二階段，1300 cal a B.P.至今.χ值急劇升高，六盤山天池中的磁性礦物來源于黃土高原粉塵輸入.高χ值指示夏季風(fēng)減弱，與九仙洞和董哥洞石筍數(shù)據(jù)變化一致，孢粉數(shù)據(jù)［45］也顯示該時(shí)期研究區(qū)氣候更加干旱，植被類型退化為干草原.由于在該時(shí)期發(fā)現(xiàn)了大量的谷物花粉和炭屑［45］，且人口數(shù)量急劇飆升［46］，認(rèn)為χ受到了人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，不能完全反映研究區(qū)內(nèi)的自然氣候變化.同時(shí)有研究證實(shí)［50］唐宋時(shí)期(1300----677 cal a B.P.)黃土高原地區(qū)的天然植被開始大量消失，沙漠向南擴(kuò)張，土地荒漠化加劇;隨后在明清時(shí)期(588 ---45 cal a B.P.)由于人類農(nóng)耕活動(dòng)而被破壞殆盡.黃河中游森林覆蓋率在唐宋時(shí)期下降至32%，明清時(shí)期下降至4%，同時(shí)加之明中期LIA的作用，黃土高原地區(qū)自然環(huán)境進(jìn)一步惡化.該時(shí)期χARM/χ和χARM/SIRM大幅度上升，表明湖泊沉積物中出現(xiàn)了大量細(xì)顆粒磁性礦物，與黃土高原地區(qū)土壤組成成分一致.因此χ的急劇升高除了受到夏季風(fēng)減弱影響之外，還與人類活動(dòng)及黃土高原地區(qū)植被破壞緊密相關(guān).χ在13 cm深度處迅速下降，χARM/χ和χARM/SIRM也隨之變化，對(duì)應(yīng)歷史時(shí)期為1940s前后，表明這一時(shí)期沉積物中出現(xiàn)了大量粗顆粒磁性礦物.由于大氣粉塵中的磁性礦物以粗顆粒磁性礦物為主［51］，所以推測(cè)為大氣粉塵顆粒，可能與近代以來的工業(yè)化發(fā)展有關(guān).

5 結(jié)論

對(duì)六盤山天池GSA孔湖泊沉積物的環(huán)境磁學(xué)研究表明，沉積物樣品磁性顆粒的主要組成部分是亞鐵磁性及反鐵磁性礦物，磁性顆粒大小主要屬于MD+PSD以及粗粒SSD范疇，含有少量細(xì)粒SSD顆粒.反鐵磁性礦物主要集中在巖芯中下部，即6200----1300 cal a B.P.之前.從底部至頂部亞鐵磁性礦物比例逐漸升高，同時(shí)細(xì)顆粒磁性礦物也逐漸增多，表明來源于黃土高原的細(xì)顆粒亞鐵磁性礦物逐漸增多.因此χ反映夏季風(fēng)強(qiáng)度對(duì)黃土高原地區(qū)氣候的影響，進(jìn)而能夠指示夏季風(fēng)強(qiáng)弱變化:6200 ---1300 cal a B.P.，χ 越高，指示夏季風(fēng)越強(qiáng);1300 cal a B.P.至今，χ越高，指示人類活動(dòng)加劇了黃土高原粉塵輸入，χ反映研究區(qū)人類活動(dòng)作用.6200年來六盤山天池湖泊沉積物的磁學(xué)數(shù)據(jù)的整體變化趨勢(shì)基本與東部季風(fēng)區(qū)相似.在ΔTSI驅(qū)動(dòng)亞洲季風(fēng)發(fā)生顯著變化的時(shí)期，盤山天池湖泊沉積物出現(xiàn)響應(yīng);但是在百年尺度上明顯受區(qū)域性氣候影響，如黃土高原地區(qū)，同時(shí)還受其他因素影響.最近1300年來人類活動(dòng)，尤其是農(nóng)耕活動(dòng)，強(qiáng)烈地影響了黃土高原天然植被覆蓋變化，進(jìn)而影響區(qū)域內(nèi)氣候變化.此外冬季風(fēng)、西風(fēng)等因素也起著一定的作用.因此，要明確了解內(nèi)陸季風(fēng)邊緣區(qū)氣候變化機(jī)制還需要更深入的研究.

致謝:感謝曹繼秀等在樣品采集和巖芯鉆探以及實(shí)驗(yàn)過程中給予的幫助.

［1]Heinz W，Jürg B，Bütikofer J et al.Mid－to Late Holocene climate change:an overview.Quaternary Science Reviews，2008，27(19/20):1791－1828.

［2]Denton GH，Wibj?rn K.Holocene climatic variations－their pattern and possible cause.Quaternary Research，1973，3(2):155－174.

［3]Fleitmann D，Burns SJ，Mudelsee M et al.Holocene forcing of the Indian monsoon recorded in a stalagmite from Southern Oman.Science，2003，300(5626):1737－1739.

［4]Rein B，Lückge A，Sirocko F.A major ENSO anomaly during the Medieval period.Geophysical Research Letters，2004，31:L17211.doi:10.1029/2004GL.20161.

［5]Rein B，Lückge A，Reinhardt L et al.El Ni?o variability off Peru during the last 20，000 years.Paleoceanography，2005，20:PA4003.doi:10.1029/2004PA001099.

［6]Clement AC，Seager R，Cane MA.Suppression of El Ni?o during the Mid－Holocene by changes in the Earth's orbit.Paleoceanography，2000，15(6):731－737.

［7]Rimbu N，Lohmann G，Kim JH et al.Arctic/North Atlantic Oscillation signature in Holocene sea surface temperature trends as obtained from alkenone data.Geophysical Research Letters，2003，30(6):1280－1283.

［8]Heinz W，Solomina O，Grosjean M et al.Structure and origin of Holocene cold events.Quaternary Science Reviews，2011，30(21/22):3109－3123.

［9]An ZS，Porter SC，Kutzbach JE et al.Asynchronous Holocene optimum of the East Asian monsoon.Quaternary Science Reviews，2000，19(8):743－762.

［10]Hu CY，Henderson GM，Huang JH et al.Quantification of Holocene Asian monsoon rainfall from spatially separated cave records.Earth and Planetary Science Letters，2008，266(3/4):221－232.

［11]Cai YJ，Tan LC，Cheng H et al.The variation of summer monsoon precipitation in central China since the last deglaciation.Earth and Planetary Science Letters，2010，291(1/2/3):21－31.

［12]Chen FF，Yu ZC，Yang ML et al.Holocene moisture evolution in arid central Asia and its out－of－phase relationship with Asian monsoon history.Quaternary Science Reviews，2008，27:351－364.

［13]周愛鋒，孫惠玲，陳發(fā)虎等.黃土高原六盤山天池記錄的中晚全新世高分辨率氣候變化及其意義.科學(xué)通報(bào)，2010，55(22):2263－2266.

［14]Sun HL，Zhou AF，Zhang XW et al.Fir trees disappeared 500 years ago in the Liupan Mountains on the southwestern Loess Plateau，China.Review of Palaeobotany and Palynology，2011，166(1/2):69－75.

［15]Oldfield F，Thompson R，Barber KE.Changing atmospheric fallout of magnetic particles record in recent ombrotrophic peat section.Science，1978，199(4329):679－690.

［16]Bloemendal J，Oldfield F，Thompson R.Magnetic measurements used to assess sediment influx at Llyn Goddionduon.Nature，1979，280:50－53.

［17]Thompson R，Stober JC，Turner GM et al.Environmental applications of magnetic Measurements.Science，1980，207(4430):481－486.

［18]夏敦勝，馬劍英，王 冠等.環(huán)境磁學(xué)及其在西北干旱區(qū)環(huán)境研究中的問題.地學(xué)前緣，2006，13(3):108－179.

［19]Thompson R，Oldfield F.Environmental magnetism.London:Allen ＆ Unwin，1986:1－227.

［20]鄧成龍，劉青松，潘永信等.中國黃土環(huán)境磁學(xué).第四紀(jì)研究，2007，27(2):193－209.

［21]Thouveny N，Beaulieu J，Bonifay E et al.Climate variations in Europe over the past 140 kyr deduced from rock magnetism.Nature，1994，371:503－506.

［22]顧成軍.巢湖歷史沉積記錄與流域環(huán)境變化研究［學(xué)位論文］.上海:華東師范大學(xué)，2005.

［23]胡守云，鄧成龍，Appel E等.湖泊沉積物磁學(xué)性質(zhì)的環(huán)境意義.科學(xué)通報(bào)，2001，46(17):1491－1494.

［24]劉建寶，陳發(fā)虎，陳建徽等.山西寧武公海湖泊巖芯的環(huán)境磁學(xué)特征及中世紀(jì)暖期濕潤(rùn)氣候探討.科學(xué)通報(bào)，2011，56(31):2580－2590.

［25]Dearing JA.Magnetic susceptibility.In:Walden J，Oldfield F，Smith J eds.Environmental magnetism:A practical guide No 6.London:Quaternary Research Association，1999:35－62.

［26]Ramsey CB.Bayesian analysis of radiocarbon dates.Radiocarbon，2009，51(1):337－360.

［27]Reimer PJ，Baillie MGL，Bard E et al.Intcal 04 terrestrlal radiocarbon age calibration，0－26 cal kyr B.P..Radiocarbon，2004，46(3):1029－1058.

［28]Zhao Y，Chen FH，Zhou AF et al.Vegetation history，climate change and human activities over the last 6200 years on the Liupan Mountains in the southwestern Loess Plateau in central China.Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，2010，293(1/2):197－205.

［29]Bloemendal J，King JW，Hall FR et al.Rock magnetism of Late Neogene and Pleistocene deep－sea sediments:Relationship to sediment source，diagenetic process and sediment lithology.Journal of Geophysical Research，1992，97(B4):4361－4375.

［30]Wang XS，L?vlie R，Su P et al.Magnetic signature of environmental change reflected by Pleistocene lacustrine sediments from the Nihewan Basin，North China.Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，2008，260(3/4):452－462.

［31]王 冠，夏敦勝，劉秀銘等.蘭州市城市街道塵埃磁學(xué)特征時(shí)空變化規(guī)律.科學(xué)通報(bào)，2008，53(4):446－455.

［32]李海燕.還原成巖作用對(duì)海洋沉積物磁記錄的影響及其環(huán)境學(xué)意義.北京:中國地質(zhì)大學(xué)，2006.

［33]Banerjee SK，King J，Marvin J.Rapid method for magnetic granulometry with applications to environmental studies.Geophysical Research Letters，1981，8(4):333－336.

［34]Heider F，Zitzelsberger A，AbianKarl F.Magnetic susceptibility and remanent coercive force in grown magnetite crystals from 0.1μm to 6 mm.Physics of the Earth and Planetary Interiors，1996，93(3/4):239－256.

［35]孫惠玲.六盤山天池巖芯記錄與中晚全新世氣候變化研究［學(xué)位論文］.蘭州:蘭州大學(xué)，2011.

［36]Dearing JA，Bird PM，Dann RJL et al.Secondary ferrimagnetic minerals in Welsh soils:a comparison of mineral magnetic detection methods and implications for mineral formation.Geophysical Journal International，1997，130(3):727－736.

［37]劉寶珺.沉積巖石學(xué).北京:地質(zhì)出版社，1980:1－497.

［38]徐新文，強(qiáng)小科，符超峰等.鶴慶盆地早更新世以來湖相沉積物中早期還原成巖過程的巖石磁學(xué)證據(jù).第四紀(jì)研究，2012，32(4):812－819.

［39]鮮本忠，吳戰(zhàn)國，姜在興等.早期成巖作用研究進(jìn)展及發(fā)展方向.石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，28(6):133－139.

［40]胡守云，Appel E，Hoffmann V等.湖泊沉積物中膠黃鐵礦的鑒出及其磁學(xué)意義.中國科學(xué):D輯:地球科學(xué)，2002，32(3):234－238.

［41]Peters C，Dekkers MJ.Selected room temperature magnetic parameters as a function of mineralogy，concentration and grain size.Physics and Chemistry of the Earth，2003，28(16－19):659－667.

［42]孟慶勇，李安春，李鐵剛等.西菲律賓海沉積物的巖石磁學(xué)性質(zhì)及其古環(huán)境意義.自然科學(xué)進(jìn)展，2009，19(8):868－876.

［43]Zhou LP，Oldfield F，Wintle AG et al.Partly pedogenic origin of magnetic variations in Chinese loess.Nature，1990，346:737－739.

［44]Liu QS，Deng CL，Torrent J et al.Review of recent developments in mineral magnetism of the Chinese loess.Quaternary Science Reviews，2007，26(3/4):368－385.

［45]Zhang K，Zhao Y，Zhou AF et al.Late Holocene vegetation dynamic and human activities reconstructed from lake records in western Loess Plateau，China.Quaternary International，2010，227:38－45.

［46]Dong GH，Yang Y，Zhao Y et al.Human settlement and human－environment interactions during the historical period in Zhuanglang County，western Loess Plateau，China.Quaternary International，2012，281:7－83.

［47]Wang YJ，Cheng H，Edwards RL et al.The Holocene Asian monsoon:Links to solar changes and north Atlantic climate.Science，2005，308(854):854－857.

［48]Steinhilber F，Beer J，F(xiàn)r?hlich C.Total solar irradiance during the Holocene.Geophysical Research Letters，2009，36:L19704.doi:10.1029/2009GL040142.

［49]趙錫文.古氣候?qū)W概論.北京:地質(zhì)出版社，1992:1－176.

［50]桑廣書.黃土高原歷史時(shí)期植被變化.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005，19(4):54－58.

［51]夏敦勝，楊麗萍，馬劍英等.中國北方城市大氣降塵磁學(xué)特征及其環(huán)境意義.中國科學(xué):D輯:地球科學(xué)，2007，37(8):1073－1080.