前 言

中亞地區(qū)是世界主要黃土分布區(qū)之一，地處研究程度很高的中國黃土高原和歐洲兩大黃土分布區(qū)之間，受西風環(huán)流、北冰洋氣流和阿拉伯海氣流甚至東亞季風環(huán)流的影響，是聯(lián)系北大西洋—中亞粉塵源區(qū)—東亞季風區(qū)—太平洋的重要紐帶，成為全球氣候環(huán)境變化的敏感區(qū)。中亞黃土對研究亞洲內(nèi)陸干旱化、北半球粉塵來源、古大氣環(huán)流和全球氣候變化具有重要的意義。相對黃土高原和歐洲黃土古氣候的研究，中亞黃土的研究仍十分薄弱。中亞的黃土主要分布于山地的迎風坡、河流階地和山前洪沖積平原，集中于塔吉克斯坦的東南部瓦赫什谷地和帕米高原的西麓，烏茲別克斯坦東部塔什干—費爾干納盆地、哈薩克斯坦東南部阿拉木圖—外伊犁阿拉套山和東北部平原和阿爾泰山麓地帶以及中國新疆天山山麓、昆侖山和塔城盆地（圖1）。

圖1 中亞地理與黃土分布示意圖 （據(jù)Machalett et al（2006） 修改）Fig.1 Geographic location and loess distribution in Central Asia (Modif ed from Machalett et al (2006))

在上世紀中下葉，前蘇聯(lián)國家、德國、英國等第四紀地質(zhì)學家等對中亞南部的蘇聯(lián)境內(nèi)的黃土進行了調(diào)查。90年代，Dodonov、Shackleton、Forster、Frechen、周力平等學者對于塔吉克斯坦、烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦黃土等做過大量的沉積地層學、年代學和古氣候的研究。21世紀以來丁仲禮、Dodonov等進一步的研究發(fā)現(xiàn)中亞塔吉克斯坦黃土記錄的古環(huán)境信息能與黃土高原相媲美。Smalley、Machalett和馮兆東等分別對烏茲別克塔什干地區(qū)和哈薩克斯坦的黃土形成分布、年代學及其與大氣環(huán)流之間的聯(lián)系進行研究。最近Youn等對吉爾吉斯天山黃土進行了初步的OSL測年。我國新疆黃土的研究可追溯到上世紀50年代，前蘇聯(lián)奧勃魯切夫和中國周廷儒、劉東生等學者對新疆黃土基本特征進行了初步的調(diào)查；80年代，馮先岳、文啟忠、滕志宏等學者先后對北疆黃土分布特征、形成時代、物質(zhì)組成等進行了較系統(tǒng)的研究。90年代以來許多學者對新疆黃土進行了大量的研究工作，范圍由北疆擴大到南疆的昆侖山地區(qū)，就其物理和化學組成、形成時代、古氣候重建等多方面進行了研究。21世紀以來，蘭州大學、中科院地環(huán)所、中科院青藏高原所、中科院寒旱所、華南師范大學、北京大學、福建師范大學、華東師范大學、南京師范大學等單位研究人員對新疆開展系統(tǒng)的黃土調(diào)查與剖面采樣工作，對其分布特征、物質(zhì)來源、年代、磁學性質(zhì)、粒度特征和地球化學行為等進行了系統(tǒng)的研究，初步揭示了新疆黃土蘊含的古氣候與環(huán)境意義，并與黃土高原的黃土以及全球記錄進行了對比，取得了重要進展。特別是2007年中科院青藏高原所方小敏研究團隊在西昆侖山北坡獲取了671 m的黃土巖芯, 其年代達上新世，是中亞地區(qū)已知的時代最老、厚度最大的風成黃土，為揭示塔克拉瑪干沙漠和中亞干旱區(qū)的形成、青藏高原隆升的環(huán)境效應和構(gòu)造尺度的氣候變化提供了難得的寶貴材料。而2013年中科院地環(huán)所在典型西風區(qū)伊犁盆地獲得的202 m厚的黃土為研究軌道和千年尺度西風氣候演化與高低緯氣候相互作用提供了理想的載體。近年在中科院走出去戰(zhàn)略中，新成立的中國科學院中亞生態(tài)與環(huán)境中心為我們將進一步開展中亞五國的黃土調(diào)查與研究創(chuàng)造了條件，中亞黃土的研究將開創(chuàng)一個新的時代。

2013年6月在新疆伊犁開展黃土鉆探時，與幾位同行討論新疆黃土與中亞古氣候環(huán)境變化，大家覺得很有必要出一專輯報道。一方面，討論中亞黃土研究現(xiàn)狀及其存在的問題，另一方面讓更多的人了解中亞黃土尤其是新疆黃土，引起黃土、第四紀與古氣候?qū)W界的重視。7月初向國內(nèi)10多個單位做過或正在做中亞黃土研究的專家邀稿，大家積極投稿，經(jīng)專家評審和作者認真修改，最后收集了14篇論文。本專輯論文涉及的研究區(qū)主要有伊犁盆地、準噶爾盆地、塔城盆地、西昆侖山和塔吉克斯坦等，覆蓋了中亞黃土分布的核心區(qū)域，研究內(nèi)容涉及黃土分布、地球化學、環(huán)境磁學、粒度、色度、礦物等方面，并探討了這些指標的古氣候與環(huán)境意義，進行了古環(huán)境重建。

在黃土高原黃土古氣候研究中，磁化率作為重要的古氣候替代性指標，其成壤增強機制已得到大多數(shù)學者的認同，磁化率被廣泛應用到古氣候（如古降雨量）定量重建、東亞古季風演化和海陸氣候?qū)Ρ戎?，常常被視為夏季風強度的替代性指標。而中亞地區(qū)有些黃土剖面古土壤層的磁化率值比黃土層的低，可能受沉積時的地形條件（如海拔高度）、氣候條件（如氣溫和降水）、風力強度、源區(qū)等多種因素的影響，其磁化率增強機制比較復雜。盡管有學者引用風速論和/或成壤模式來解釋中亞黃土的磁化率增強機制模式，但仍需要更多的證據(jù)從機理和事實上論證其磁化率的增強機制及可能的古氣候環(huán)境意義，這對進一步重建中亞地區(qū)古氣候環(huán)境變化具有重要的意義。本專輯有5篇論文從不同的角度討論中亞黃土磁化率的增強機制及古環(huán)境意義。由于各自占有的材料不同，站的角度不同，觀點難免有些差異，但給讀者提供了很好思路，有助于進一步認識磁化率的古環(huán)境意義。張文翔等系統(tǒng)開展了黃土中碳酸鹽和磁化率關系的研究，初步探討了伊犁黃土碳酸鹽含量對磁化率貢獻的影響機制；結(jié)果表明沉積物中碳酸鹽含量對磁化率的影響不僅是簡單的稀釋作用，還與干旱氣候環(huán)境下碳酸鹽化、次生碳酸鹽化作用相關。賈佳等通過對伊犁盆地西部不同海拔高度黃土表層沉積物的環(huán)境磁學分析，發(fā)現(xiàn)黃土沉積物中次生細粒強磁性礦物含量與降水量之間存在很好的正相關關系，而與溫度之間存在反相關關系，進而指出次生細粒強磁性礦物的磁化率可以作為古降水量的代用指標。曾蒙秀等則通過對伊犁盆地馬蘭黃土的粒度、磁化率、元素的分析，認為磁化率與＞63 μm的粗粒級含量呈正相關關系，而頻率磁化率與＜ 2 μm含量、Fe2O3含量呈正相關，并初步探討了伊犁盆地黃土磁學性質(zhì)的地域分異和受控因素。呂鑌等則通過天山北麓（準噶爾盆地南緣）寧家河階地上的黃土的磁化率和粒度的關系研究，發(fā)現(xiàn)磁化率與粒度呈現(xiàn)較好的正相關關系，與黃土高原的情況相反，說明干旱地區(qū)的黃土磁學性質(zhì)主要受原生磁性礦物控制，搬運風力和源區(qū)變化是磁化率變化的主導因素。溫仰磊等對準噶爾盆地南緣典型風成黃土剖面的巖石磁學與粒度研究結(jié)果也得出類似的結(jié)果，指出風動力強度對含磁性礦物較粗顆粒具有分選作用，是導致磁化率變化的重要因素。古爾班通古特沙漠在末次間冰期以來的收縮與擴張導致的物源變化可能是影響磁化率變化的又一重要因素。因此，在中亞地區(qū)黃土磁化率古環(huán)境解譯時，無論是成壤模式還是風速說，都需要綜合考慮氣候（降水、風力等）、海拔高度、物源變化等等多種因子的影響。

粒度在黃土高原黃土古氣候研究中被視為冬季風強度的指標，而在新疆黃土粒度也可視為風力強度的指標，尤其是砂粒含量可以反映干旱度和近地面環(huán)流或風力強度變化，在主要受西風控制的伊犁地區(qū)細粒組分的變化可能與西風環(huán)流強度的變化有關。本專輯3篇粒度文章，分別篇報道了塔城盆地、西昆侖山北坡（塔里木盆地南緣）黃土沉積的粒度特征及其來源與環(huán)境意義。李云等和昝金波等分別通過塔城黃土和西昆侖山鉆孔黃土粒度的系統(tǒng)分析，并與天山黃土、典型的黃土高原黃土對比，確認了新疆黃土的風成成因，但粒度整體較粗，屬近源風成黃土，并推斷其粉塵來源。李云等認為中亞的薩雷耶西克阿特勞沙漠為塔城黃土提供主要的物源，盛行西風為粉塵的搬運提供足夠的搬運動力，向西開口的山間盆地為粉塵的沉積提供穩(wěn)定的沉積中心，這三個條件的共同作用導致了塔城盆地的厚層黃土的沉積。昝金波等認為西昆侖山黃土主要來源于塔克拉瑪干旱沙漠，黃土粒度1 Ma以來呈現(xiàn)出持續(xù)變粗的趨勢，可能主要反映了中更新世以來亞洲內(nèi)陸逐步增強的干旱化過程。而柳加波等利用粒度敏感組分對于田普魯黃土粒度進行分類，認為粉砂組分與常年盛行的環(huán)流風場有關，而細砂組分由塔里木盆地南緣頻發(fā)的沙塵暴搬運，沙塵暴對黃土的搬運作用可能更為顯著。鄂崇毅等以研究歷史最長、爭論較大的伊犁盆地東部的則克臺黃土剖面作為研究對象，基于光釋光年代框架，利用黃土沉積速率、粒度以及總有機碳含量重建了伊犁地區(qū)的環(huán)境演變歷史，將伊犁地區(qū)末次冰期以來的氣候演化階段劃分了三個階段，并能較好地與深海氧同位素和格陵蘭冰芯進行對比。

地球化學分析是黃土重建古氣候歷史、分析風化歷史與追溯物源的重要手段。李傳想等通過對伊犁昭蘇黃土剖面微量元素的分析，揭示了西風區(qū)末次冰期以來黃土微量元素地球化學行為特征，認為末次冰期以來伊犁黃土形成環(huán)境較黃土高原干旱，環(huán)境變化幅度總體較黃土高原小。賈麗敏等首次對伊犁昭蘇黃土剖面不同粒級全巖、酸溶組分和殘渣組分中的稀土元素進行了分析，發(fā)現(xiàn)剖面中無論是分粒級全巖組分還是酸溶組分或殘渣組分的稀土球粒隕石標準化配分模式呈輕稀土富集，存在明顯的Eu負異常，Ce無明顯異常，進一步提出酸溶組分稀土占全巖比例的變化可以反映以西風遠源和近地面風近源組分的變化。李金嬋等通過對伊犁河谷塔克爾莫乎爾沙漠TKP剖面分粒級化學元素分析，發(fā)現(xiàn)Na和Sr元素趨向于在粗粒級中富集，F(xiàn)e、Mg、Al、Rb元素趨向于細粒級中富集，K元素隨粒徑變化呈現(xiàn)先降低再升高的態(tài)勢，16～32 μm粒級出現(xiàn)谷值。CIA、常量元素比值和Rb/Sr隨粒度的變化均呈現(xiàn)出了明顯的逐漸增大或逐漸減小的規(guī)律, 提出在西風沉積區(qū)元素含量及常用化學風化指標都明顯受到沉積物粒度的影響，使用時需謹慎。宋友桂等初步報道了塔吉克斯坦黃土的礦物學與稀土元素的結(jié)果，研究表明塔吉克斯坦黃土以石英為主，其次為長石、方解石，還有少量綠泥石、云母類、白云石等，偶見多種重礦物，主要成分與黃土高原、新疆伊犁黃土礦物組成類似。塔吉克斯坦黃土不同時代的礦物成分和REE特征參數(shù)、配分模式與黃土高原、新疆黃土接近，指示其為風成成因，含量的細微差異主要反映了區(qū)域地質(zhì)背景和源區(qū)的不同。李越等初步探討了伊犁盆地昭蘇黃土剖面的色度指標的古氣候意義。通過色度指標與有機質(zhì)、碳酸鹽的關系分析后發(fā)現(xiàn)，亮度在一定程度與有機質(zhì)含量相關，而紅度受赤鐵礦含量的影響最大，可以反映氣候變干的程度。由于伊犁黃土土壤顏色的影響因素較多且影響程度不同，色度指標對氣候指示意義較為復雜，對于色度的氣候意義還需要進一步研究。

這次專輯的出版，是近幾年中亞黃土尤其是新疆黃土研究獲得的初步結(jié)果。這些認識還相對粗淺，尤其是關于氣候指標的意義，但發(fā)現(xiàn)和提出很好的科學問題，有待后續(xù)工作中加以進一步的充實和驗證。這些結(jié)論或解釋為中亞地區(qū)古氣候重建、干旱化歷史以及探討高低緯相互作用的深入理解提供一個嶄新的視角，為我國新疆黃土與環(huán)境研究注入新的活力和思路，也為豐富中國黃土古氣候?qū)W說提供了有益補充。感到遺憾的是專輯沒有征集到一些關于年代學的文章，而年代學直接關系到古環(huán)境重建的質(zhì)量。已有研究發(fā)現(xiàn)同一剖面由于測年技術和測年物質(zhì)不一樣存在著較大的差異，不同粒級石英的光釋光年代有差異，有機質(zhì)、碳屑、蝸牛的AMS14C年代也存在著矛盾。因此，這需要從機理上研究中亞黃土年代的可靠性與精確度。同時，在代用指標方面主要集中于磁化率、粒度、元素地球化學上，多種指標具有多解釋性，缺乏更多指標的現(xiàn)代過程研究； 近些年在黃土高原黃土研究中興起的同位素地化，有機地化等指標以及物源示蹤的新方法還很少運用到中亞黃土的研究。中亞的地理位置、大氣環(huán)流、地形地貌等條件決定了中亞氣候的特殊性，關于中亞古氣候變化機制的研究還很長的路要走。希望本專輯的出版，能拋磚引玉，讓更多學者參與到中亞黃土研究中來。最后，非常感謝各位作者的賜稿和各位審稿專家提出的寶貴意見。

本專輯特邀編輯：宋友桂

2014年3月18日