鄂崇毅,楊太保,賴忠平,孫永娟,姜瑩瑩
(1.青海師范大學(xué) 青藏高原自然地理與現(xiàn)代過程青海省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧810008;2. 中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所,西寧810008;3.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院,蘭州730000)
中亞則克臺(tái)黃土剖面記錄的末次冰期以來的環(huán)境演變
鄂崇毅1,2,楊太保3,賴忠平2,孫永娟2,姜瑩瑩1
(1.青海師范大學(xué) 青藏高原自然地理與現(xiàn)代過程青海省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西寧810008;2. 中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所,西寧810008;3.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院,蘭州730000)
選取位于中亞伊犁盆地中東部的則克臺(tái)(ZKT)黃土剖面作為研究對(duì)象,基于13個(gè)光釋光年代構(gòu)建了ZKT剖面的年代框架,利用黃土沉積速率、粒度以及總有機(jī)碳含量重建了伊犁地區(qū)末次冰期以來的環(huán)境演變記錄。結(jié)果表明:(1)伊犁地區(qū)末次冰期以來的氣候演化階段可劃分為寒冷期(74.5~60 ka)、溫濕期(60~30 ka)、寒冷期(30~11.5 ka)以及11.5 ka以來的暖濕期,該氣候演化特征與深海氧同位素不同階段氣候特征較為一致;(2)MIS4至MIS1階段則克臺(tái)剖面沉積速率呈遞減趨勢(shì),分別為49 cm·ka?1、32 cm·ka?1、13 cm·ka?1和8 cm·ka?1;(3)ZKT剖面代表的伊利地區(qū)環(huán)境演變特征可與格陵蘭冰芯進(jìn)行良好對(duì)比,北大西洋地區(qū)的快速氣候波動(dòng)信號(hào)在伊犁地區(qū)氣候記錄相對(duì)清晰,在時(shí)間上呈同步變化。
伊犁盆地;則克臺(tái)黃土剖面;末次冰期;環(huán)境演變
新疆伊犁地區(qū)位于亞洲季風(fēng)控制的東亞氣候系統(tǒng)和西風(fēng)帶控制的歐洲氣候系統(tǒng)之間。該區(qū)分布著大量的風(fēng)成黃土,對(duì)該區(qū)風(fēng)塵沉積的研究將有助于理解北大西洋地區(qū)與東亞季風(fēng)區(qū)氣候變化的關(guān)系和聯(lián)系機(jī)制。現(xiàn)有研究表明:中亞地區(qū)黃土沉積在軌道尺度上與東亞黃土是同步的,與深海氧同位素記錄具有一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系,即在冰期沉積黃土,間冰期發(fā)育古土壤(Forster and Heller,1994;Dodonov and Baiguzina,1995;Zhou et al,1995;Ding et al,2002;Bronger,2003;Vandenberghe et al,2006;Feng et al,2011)。然而在亞軌道和千年尺度上,中亞黃土與東亞黃土是否存在一致的相位變化還需進(jìn)一步的工作。本文利用13個(gè)OSL年代結(jié)果構(gòu)建則克臺(tái)黃土剖面年代框架,計(jì)算其不同時(shí)段的沉積速率,結(jié)合粒度、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)重建該區(qū)末次冰期以來的環(huán)境演變序列,并探討其機(jī)制。
則克臺(tái)剖面位于新源縣則克臺(tái)鎮(zhèn)東1 km處的則克臺(tái)磚廠,伊犁河支流鞏乃斯河北岸沖洪積階地之上,北靠天山山麓(圖1)。剖面坐標(biāo)為43°32′14″N,83°18′50″E,海拔1001 m,剖面所在新源地區(qū)年降水量為479.7 mm,四季降水分布較為平均,年平均氣溫8.1℃,年平均潛在蒸發(fā)量1200 mm左右,1500 m以上高空常年為西風(fēng)氣流控制,近地面風(fēng)以東風(fēng)為主。伊犁河廣泛的河床物質(zhì)和下游沙漠為該區(qū)黃土堆積提供了廣泛的物源,盆地中的黃土平均粒徑自東而西由細(xì)變粗,隨海拔增高由粗變細(xì)(葉瑋,1998,2001,2003;李傳想等,2012)。
則克臺(tái)剖面植被覆蓋度較高,為典型的干草原帶,植被以禾本科和蒿屬為主,草層高度40 cm左右,覆蓋度較高,達(dá)70%左右,以藜類為主。剖面出露22 m,大約25 m到底,底部為分選較差的礫石、細(xì)沙。
圖1 則克臺(tái)剖面地理位置Fig.1 The location of Zeketai loess section
對(duì)本剖面從上至下以2 cm間隔采集粒度樣品1125個(gè),使用Mastersize 2000型激光粒度儀完成,前處理采用了較徹底的前處理方法(鹿化煜和安芷生,1997);另以10 cm間距采集總有機(jī)碳樣品225個(gè),采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測(cè)定。8 m以上樣品在青海師范大學(xué)青藏高原自然地理與現(xiàn)代過程省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,8~22.5 m樣品在蘭州大學(xué)西部環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。
剖面地層具體特征總結(jié)如下:
第一層(0~1 m)為灰色現(xiàn)代土壤層,有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽富集,該層總有機(jī)碳含量平均值高達(dá)14.7 g·kg?1,碳酸鹽含量為16.4%,平均粒徑Ф值為6.09,14.7 μm;
第二層(1~6 m)為淺黃色黃土層,較致密,沒有明顯的生物活動(dòng)痕跡,總有機(jī)碳含量為2.25 g·kg?1,碳酸鹽含量為14.1%,平均粒徑Ф值為5.95,16.2 μm;
第三層(6~9 m)為弱發(fā)育古土壤層,與第二層相比,顏色無(wú)顯著差別,呈淡黃色,碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高,該層總有機(jī)碳含量為2.76 g·kg?1,碳酸鹽含量為14.5%,平均粒徑Ф值為5.96,16.1 μm;
第四層(9~18.5 m)為塊狀成微黃色的黃土層,沒有明顯的生物活動(dòng)痕跡,有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽含量低于上覆的第三層,該層總有機(jī)碳含量為2.03 g·kg?1,碳酸鹽含量為13.1%,平均粒徑Ф值為5.92,16.5 μm;
第五層(18.5~22.5 m)為致密塊狀黃土層,碳酸鹽含量較高達(dá)到15.1%,該層總有機(jī)碳含量為2.41 g·kg?1,平均粒徑Ф值為6.28,12.9 μm,底層出現(xiàn)晶簇狀石膏。
對(duì)則克臺(tái)剖面共采集光釋光(OSL)樣品24個(gè),選取15個(gè)OSL樣品在中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所光釋光年代實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)定,具體采用中顆粒石英單片再生法測(cè)定(E et al,2012),年代結(jié)果表明則克臺(tái)黃土剖面主要記錄了伊犁地區(qū)末次冰期以來的環(huán)境演變特征。該年代結(jié)果與前人在本剖面上獲得的年代結(jié)果一致(葉瑋,2001;史正濤,2005),同時(shí)該結(jié)果與伊犁盆地其他剖面年代結(jié)果也存在很好的一致性(宋友桂和史正濤,2010;宋友桂等,2010a;Song et al,2012;Yang et al,2014)。
根據(jù)年代結(jié)果和地層關(guān)系,剔除了兩個(gè)出現(xiàn)倒置的年代,并計(jì)算其沉積速率(表1)。為了便于同其他環(huán)境記錄進(jìn)行對(duì)比,利用表1中13個(gè)結(jié)果,獲得則克臺(tái)地層年代深度曲線(圖2),對(duì)所有環(huán)境指標(biāo)對(duì)應(yīng)深度年代進(jìn)行了深度年代線性插值外推計(jì)算,ZKT底部22.5 m處年齡為77.03 ka。
表1 則克臺(tái)剖面年代結(jié)果和沉積速率Table 1 dating results and accumulation rate of Zeketai prof le
3.1 粒度特征
則克臺(tái)剖面整體粒度組成以粉砂(4 ~ 63 μm)為主,體積分?jǐn)?shù)介于73% ~ 87%,平均含量80.1%,表層土壤和17.5 m以下粉砂含量最高;粒徑< 4 μm的粘粒次之,體積分?jǐn)?shù)介于8% ~19%,平均含量12.9%,表層土壤和鈣積層粘粒含量最高;砂組分(> 63 μm)最少,體積分?jǐn)?shù)介于1% ~13%,平均含量6.99%,表層和鈣積層砂含量最少(圖3)。前人認(rèn)為則克臺(tái)剖面粒徑<10 μm的含量指示西風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)度(葉瑋,2000)。圖3中粒徑<10 μm的組分與中值粒徑 D(0.5),< 2 μm和< 4 μm粘粒組分變化趨勢(shì)較為一致。粒徑< 2 μm,< 4 μm以及<10 μm組分在底部鈣積層含量最高,表層和弱成壤層次之;中值粒徑D (0.5)在鈣積層最細(xì),表層和弱成壤層次之。總體趨勢(shì)上,不同粒度指標(biāo)與黃土–古土壤地層都能較好地對(duì)應(yīng)。
圖2 則克臺(tái)剖面地層和深度–年代圖Fig.2 The stratigraphy and depth-age on the Zeketai section
則克臺(tái)剖面粘粒組分相對(duì)穩(wěn)定,振幅較小,可能以常態(tài)形式存在,為自由高空氣流搬運(yùn)的遠(yuǎn)源粉塵,主要指示高空西風(fēng)氣流強(qiáng)度變化。此外,伊犁黃土礦物組成、石英顆粒掃描電鏡、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIA)、Na/K比等也證實(shí)伊犁黃土化學(xué)風(fēng)化作用微弱,化學(xué)風(fēng)化對(duì)粘粒組分的貢獻(xiàn)相對(duì)較?。ㄈ~瑋,2001;宋友桂和史正濤,2010;宋友桂等,2010b;李傳想和宋友桂,2011,2012;曾蒙秀和宋友桂,2013a,2013b;劉文等,2013;Song et al,2014)。因此,進(jìn)一步確定伊犁則克臺(tái)剖面粘粒組分變化主要指示高空西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度。而砂粒(>63 μm)組分主要受控于近地面風(fēng)的強(qiáng)度,該組分主要是在強(qiáng)風(fēng)條件下以躍移和蠕移的形式運(yùn)移(Ding et al,1999),反映區(qū)域塵暴強(qiáng)度和近地面大氣環(huán)流強(qiáng)度。
圖3 則克臺(tái)剖面環(huán)境指標(biāo)深度曲線(粒度指標(biāo)為3點(diǎn)平滑曲線)Fig.3 Environmental proxies of the loess from Zhaosu section with the depth
3.2 總有機(jī)碳特征
則克臺(tái)剖面表層0.9 m 以上總有機(jī)碳(TOC)平均含量高達(dá)17.3 g·kg?1,0.9 m 以下無(wú)論黃土層、弱成壤層還是鈣積層有機(jī)質(zhì)含量變化均較小,介于1.5 ~ 3.7 g·kg?1,弱成壤層TOC含量略高于黃土層和鈣積層。表層0.9 m 以上TOC明顯高于下部地層,主要是由于降水淋濾作用導(dǎo)致表層腐殖質(zhì)被不斷淋溶至土層下部,隨著深度加深,淋溶作用減弱,TOC含量逐漸減少(圖3中虛線為頂部至底部TOC含量,實(shí)線為0.9 m以下TOC含量)。0.9 m 以下由于分解作用和礦質(zhì)化作用,有機(jī)質(zhì)含量顯著降低并保持穩(wěn)定,因此在利用TOC討論則克臺(tái)剖面環(huán)境演變時(shí),本文只討論末次冰期至全新世環(huán)境演變特征。
黃土剖面有機(jī)質(zhì)含量高低受植被狀況控制,植被狀況則主要依賴于溫度和降水。由于則克臺(tái)剖面所在新源地區(qū)多年平均降水量?jī)H為480 mm,潛在蒸發(fā)量在1200 mm以上,降水主要集中在冬春季節(jié),植被生長(zhǎng)主要受控于夏季和秋季有效降水。因此,剖面總有機(jī)碳(TOC)變化曲線主要反映區(qū)域有效降水情況。
3.3 則克臺(tái)環(huán)境演變特征
根據(jù)年代學(xué)結(jié)果、地層沉積速率、粘粒、砂粒組分以及總有機(jī)碳含量,可以將則克臺(tái)環(huán)境演變記錄劃分為4個(gè)不同的環(huán)境演變階段,在總體趨勢(shì)上可以與深海氧同位素(MIS)4階段以來的氣候?qū)?yīng)(圖4)。
圖4 則克臺(tái)剖面環(huán)境演變特征Fig.4 Environmental variations in Zeketai section
(1)74.5~60 ka,冷干期,對(duì)應(yīng)MIS4階段
該段黃土沉積速率高達(dá)49 cm·ka?1,為整個(gè)剖面沉積速率最高時(shí)段。粘粒含量高頻高幅波動(dòng)下降,指示該段氣候極不穩(wěn)定,冷暖波動(dòng)頻繁,西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度不斷增強(qiáng),至61 ka左右西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度達(dá)到最大。砂粒組分呈逐漸增多趨勢(shì),指示近地面大氣環(huán)流強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),塵暴逐漸增多增強(qiáng)。TOC高頻高幅震蕩降低,指示該段隨著太陽(yáng)輻射降低,氣候變冷,源地水汽輸送也相應(yīng)減少(與北半球中高緯海洋面積減少,水汽輸送距離增加密切相關(guān)),從而導(dǎo)致伊犁地區(qū)有效降水減少,塵暴強(qiáng)度較大且發(fā)生頻繁,植物生產(chǎn)力逐漸減弱,干濕波動(dòng)頻繁,有效濕度總體呈波動(dòng)降低趨勢(shì)。
(2)60~30 ka,溫濕期,對(duì)應(yīng)MIS3階段
該段黃土沉積速率較前期略有降低,但仍達(dá)32 cm·ka?1。粘粒組分在初期(60~53 ka)高頻低幅波動(dòng),指示西風(fēng)環(huán)流趨于穩(wěn)定;砂粒組分呈波動(dòng)增加趨勢(shì),但增幅較小,TOC含量保持穩(wěn)定且趨于增加,指示此階段從干冷的氣候環(huán)境逐步向溫濕氣候環(huán)境過渡。53~30 ka,粘粒組分迅速增多至15%左右,砂粒突然減少至5%左右并保持相對(duì)穩(wěn)定,指示該段西風(fēng)環(huán)流和近地面大氣環(huán)流強(qiáng)度減弱,總體環(huán)境趨向穩(wěn)定;TOC含量快速增加并明顯高于其他時(shí)段,指示該階段植被發(fā)育較好、有效濕度較高,特別是53~38 ka為該區(qū)末次冰期植被發(fā)育最好的時(shí)段,伊犁盆地昭蘇剖面在此時(shí)段,黃土平均粒徑最小,砂含量最少,粘粒含量最多,同樣指示該段為末次冰期內(nèi)的氣候條件最為適宜時(shí)段(李傳想等,2011)。
(3)30~11.5 ka,冷干期,對(duì)應(yīng)MIS2階段
該段黃土沉積速率進(jìn)一步降低,平均為13 cm·ka?1。粘粒含量在早期(28~24 ka)相對(duì)較高,24 ka以后粘粒含量波動(dòng)頻繁,且幅度較大,分別在24 ka,15 ka,12 ka出現(xiàn)3次較為明顯的粘粒突然減少事件,指示該段早期西風(fēng)環(huán)流相對(duì)穩(wěn)定,后期西風(fēng)環(huán)流波動(dòng)頻繁,出現(xiàn)3次明顯環(huán)流增強(qiáng)事件。24 ka左右,砂粒組分達(dá)到整個(gè)剖面最大值,而TOC含量在26~16 ka出現(xiàn)穩(wěn)定的低值,說明末次盛冰期,該區(qū)環(huán)境寒冷干燥、植被稀少、有效濕度極低,強(qiáng)勁的地面風(fēng)和稀疏的植被明顯不利于粉塵的沉積,該段粉塵沉積速率明顯降低,可能存在風(fēng)力侵蝕。16 ka以后,粘粒增加、砂粒減少,TOC含量逐漸增加,說明隨著進(jìn)入末次冰消期,太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng),西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度逐漸減弱,塵暴逐漸減少,植被逐漸好轉(zhuǎn)。但在12 ka左右,粘粒組分突然減少、砂粒組分明顯增多,TOC含量降低等特征明顯的指示了Younger Dryas冷事件。
(4)11.5 ka以來,暖濕期,對(duì)應(yīng)MIS1階段
該段黃土沉積速率為末次冰期以來最低時(shí)段,僅為8 cm·ka?1,環(huán)境記錄分辨率較低。粘粒在早全新世含量較高,中全新世6 ka和4 ka分別出現(xiàn)兩次粘粒組分突然減少事件,但砂粒組分從全新世早期至晚期呈減少趨勢(shì),根據(jù)孢粉數(shù)據(jù),則克臺(tái)1.5~0 m喬木花粉絕對(duì)孢粉濃度大幅增加,草木花粉中菊科紫菀型、唇形科、豆科、毛茛科和薔薇科等花粉絕對(duì)孢粉濃度大幅增加,碳屑濃度也大幅度提高(Feng et al,2011;黃昌慶,2011),以上均指示全新世時(shí)段,該區(qū)氣候濕潤(rùn),近地面大氣環(huán)流強(qiáng)度較弱,塵暴頻率顯著降低,但高空西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度呈低頻高幅震蕩,特別是中晚全新世波動(dòng)幅度較大。
4.1 則克臺(tái)黃土記錄的軌道尺度環(huán)境演變特征
則克臺(tái)剖面記錄的粘粒組分、砂粒組分以及TOC變化曲線與65°N夏季太陽(yáng)輻射變化曲線(Laskar et al,2004)較為密切,存在較為一致的變化趨勢(shì)(圖4,圖5)。則克臺(tái)代表的伊犁地區(qū)末次冰期以來環(huán)境演變特征可與深海氧同位素不同階段氣候記錄對(duì)應(yīng),可能主要受高緯度夏季太陽(yáng)輻射控制的全球冰量變化驅(qū)動(dòng)。末次冰期初期隨著高緯度夏季太陽(yáng)輻射減弱時(shí),冰蓋逐步擴(kuò)張,西風(fēng)帶逐漸南移,高空西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng),挾持粒徑增大,粘粒組分減少;高緯度夏季太陽(yáng)輻射增強(qiáng),北極冰蓋逐漸退縮,西風(fēng)帶逐漸北移,高空西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度逐漸減弱,挾持粒徑減小,粘粒組分逐漸增多,并在下風(fēng)向大量沉降。古氣候模擬及對(duì)古氣候記錄的研究也表明(Kutzbach,1980;Fang et al,2002;Sun et al,2003;張小曳,2001;曾蒙秀和宋友桂,2013b),西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度與溫度密切相關(guān),西風(fēng)帶隨著軌道尺度(冰期–間冰期)、亞軌道尺度(冰段–間冰段)的氣候冷暖交替,其位置和強(qiáng)度也相應(yīng)發(fā)生了變化。冰期和冰段時(shí)氣溫低,極地冰原面積擴(kuò)張,極地冷高壓增強(qiáng),迫使西風(fēng)環(huán)流增強(qiáng)并向中、低緯度擴(kuò)展,從而中、低緯度地區(qū)的低氣壓活動(dòng)增強(qiáng),西部源區(qū)輸出的大氣粉塵量增加;間冰期和間冰段時(shí),氣溫高,西風(fēng)環(huán)流減弱,西部源區(qū)輸出的粉塵量則減少。
從現(xiàn)代水汽來源來看,新疆伊犁地區(qū)夏季水汽主要來自北冰洋和大西洋(Dai et al,2007;史玉光和孫照渤,2008)。隨著間冰期和間冰段夏季高緯度太陽(yáng)輻射增強(qiáng),北冰洋以及大西洋、地中海、里海等西風(fēng)區(qū)沿途水汽蒸發(fā)增強(qiáng),輸送至伊犁地區(qū)的水汽增多,從而導(dǎo)致伊犁地區(qū)夏季降水增多,植被增加,土壤TOC含量增加。現(xiàn)代氣候觀測(cè)也證實(shí),在全球變暖的背景下,西風(fēng)指數(shù)持續(xù)加強(qiáng),降水增加,新疆氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型(施雅風(fēng)等,2003;Shi et al,2007)。
4.2 則克臺(tái)剖面記錄的末次冰期氣候的不穩(wěn)定性
末次冰期氣候以其不穩(wěn)定性、突變性以及快速的、大幅度的千年級(jí)冷暖變化事件而倍受氣候?qū)W家關(guān)注。深海沉積、極地冰芯以及中國(guó)黃土高原均記載了末次冰期以來6次寒冷的Heinrich事件和20次D – O冷暖旋回事件(Heinrich,1988;Bond,1993;Dansgaard,1993;Broecker,1994;Porter and An,1995;Fang et al,1995;葉瑋,2000;Blunier and Brook,2001)。那么作為西風(fēng)區(qū)和東亞季風(fēng)區(qū)的過渡地區(qū),伊犁地區(qū)的風(fēng)成黃土中是否也記錄了相應(yīng)的氣候事件?
考慮到粘粒組分主要依賴于遠(yuǎn)源搬運(yùn),反映西風(fēng)環(huán)流的強(qiáng)度,因此將粘粒組分減少事件按對(duì)應(yīng)年代依次標(biāo)記為YD、H1–H6,將粘粒組分增多事件以1~20依次標(biāo)記。從圖5中可看出則克臺(tái)粘粒曲線與格陵蘭GRIP冰芯氧同位素記錄具有良好的可比性。粘粒減少事件與氧同位素記錄的YD和H事件在表現(xiàn)特征和時(shí)間位置上可以進(jìn)行直接對(duì)比(圖5);粘粒記錄的H2事件并不明顯,但砂組分在H2事件達(dá)到整個(gè)剖面的最高值(圖4)。由此可見北大西洋冰筏事件導(dǎo)致的全球變冷事件在伊犁黃土中也有清晰的記錄。冰筏事件導(dǎo)致北大西洋傳送帶從熱帶海洋輸送的暖濕氣流的強(qiáng)度減弱、范圍減小,高空西風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度增強(qiáng),亞洲內(nèi)陸干旱化程度加劇,伊犁地區(qū)風(fēng)成黃土則表現(xiàn)為粘粒減少、砂粒增多和沉積速率增加。
圖5 則克臺(tái)剖面末次冰期以來的粒度序列與格陵蘭冰芯氧同位素記錄(Dansgaard et al,1993)對(duì)比Fig.5 Grain size from the Zeketai section and the comparison with the oxygen isotope records from Greenland ice core(Dansgaard et al, 1993)since the last glacial stage
粘粒組分的減少和增多事件同樣可以與格陵蘭冰芯氧同位素記錄的千年尺度冷暖旋回很好的對(duì)應(yīng),說明末次冰期以來伊犁地區(qū)氣候存在千年尺度的變化,與北半球高緯地區(qū)氣候變化具有一致性。格陵蘭冰芯記錄的20個(gè)暖冰階對(duì)應(yīng)于則克臺(tái)剖面粘粒增加階段,冰階與間冰階峰谷分明,波動(dòng)幅度較為一致,冰階中暖波動(dòng)粘粒組分快速回返到與間冰階相當(dāng)?shù)某潭?。相比而言,黃土高原黃土記錄的暖冰階波動(dòng)幅度較小,這是由于黃土高原在末次冰期主要受控于東亞季風(fēng)系統(tǒng),離海洋越近,就越易受到低緯熱帶海洋影響,來自高緯冰蓋的信號(hào)就越不明顯,從而削弱了D – O旋回在黃土高原黃土記錄中的強(qiáng)度。而對(duì)于冷事件,北大西洋冰筏事件通過加強(qiáng)西風(fēng)環(huán)流和西伯利亞高壓強(qiáng)度,增強(qiáng)了冷事件在黃土高原黃土記錄的強(qiáng)度。而伊利地區(qū)常年處于西風(fēng)環(huán)流控制下,幾乎不受夏季風(fēng)的影響,北大西洋地區(qū)的快速氣候波動(dòng)信號(hào)在伊犁地區(qū)氣候記錄相對(duì)清晰,在時(shí)間上呈同步變化。
(1)利用光釋光年代結(jié)果計(jì)算了則克臺(tái)剖面不同時(shí)段沉積速率,結(jié)果指示MIS4至MIS1則克臺(tái)剖面沉積速率呈遞減趨勢(shì),分別為49 cm·ka?1、32 cm·ka?1、13 cm·ka?1和8 cm·ka?1。
(2)結(jié)合黃土粒度變化特征和光釋光年代學(xué)結(jié)果,伊犁地區(qū)末次冰期以來的氣候演化階段可劃分為(74.5 ~ 60 ka)寒冷期、(60 ~ 30 ka)溫濕期、(30 ~ 11.5 ka)寒冷期以及11.5 ka以來的暖濕期,該氣候演化特征與深海氧同位素不同階段氣候特征較為一致。
(3)則克臺(tái)剖面代表的伊利地區(qū)環(huán)境演變?cè)谲壍莱叨戎饕芸赜诒卑肭蚋呔曁?yáng)輻射控制下的全球冰量變化,北半球冰蓋則控制西風(fēng)環(huán)流的范圍和強(qiáng)度。在亞軌道千年尺度伊犁地區(qū)環(huán)境演變存在不穩(wěn)定性,與北半球高緯地區(qū)氣候變化具有一致性和同步性。
黃昌慶. 2011.末次冰期以來中亞干旱區(qū)孢粉記錄的環(huán)境變化[D]. 蘭州: 蘭州大學(xué). [Huang C Q. 2011. Environmental evolution revealed by pollen records in central Asia arid zone since last glacial period [D]. Lanzhou: Lanzhou University.]
李傳想,宋友桂, 2011.粒度年齡模型在伊犁昭蘇黃土地層中的初步應(yīng)用[J].地球環(huán)境學(xué)報(bào), 2(5): 613?618. [Li C X, Song Y G. 2011. Application of grain-size age models on Zhaosu loess stratigraphy in Ili region [J]. Journal of Earth Environment, 2(5): 613?618.]
李傳想, 宋友桂. 2012. 新疆伊犁黃土和古土壤形成環(huán)境的差異性分析[J]. 中國(guó)沙漠, 32(5): 1256 ? 1262. [Li C X, Song Y G. 2012. Differences in the formation environment of loess and paleosol in Ili region, Xinjiang, China [J]. Journal of Desert Research, 32 (5): 1256 ?1262.]
李傳想, 宋友桂, 千琳勃, 等. 2011. 中亞昭蘇黃土剖面粒度記錄的末次冰期以來氣候變化歷史[J].沉積學(xué)報(bào), 29(6): 1170 ?1179. [Li C X, Song Y G, Qian L B, et al. 2011. The history of climate change recorded by the grain size at the Zhaosu loess section in the central Asia since the last glacial period [J]. Acta Sedimentologica Sinica, 29(6): 1170 ?1179.]
李傳想, 宋友桂, 王樂民. 2012. 伊犁盆地黃土分布, 年代及粉塵來源分析[J]. 地球與環(huán)境, 40(3): 314 ? 320. [Li C X, Song Y G, Wang L M. 2012. Distribution, Age and Dust Sources of Loess in the Ili Basin [J]. Earth and Environment, 40(3): 314 ? 320.]
劉 文, 吳敬祿, 曾海鰲, 等. 2013.哈薩克斯坦東部土壤元素組成及其空間影響因素分析[J].地球環(huán)境學(xué)報(bào), 4(1): 1222 ? 1229. [Liu W, Wu J L, Zeng H A, et al. 2013. The initial analysis of topsoil element contents and spatial inf uencing factors in east Kazakhstan [J]. Journal of Earth Environment, 4(1): 1222 ? 1229.]
鹿化煜, 安芷生. 1997. 前處理方法對(duì)黃土沉積物粒度測(cè)量影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 科學(xué)通報(bào), 42(23): 2535 ? 2538. [Lu H Y, An Z S. 1997.The inf uence of the pretreatment to grain-size analysis results of loess [J]. Chinese Science Bulletin, 42: 2535 ? 2538.]
施雅風(fēng), 沈永平, 李棟梁, 等. 2003. 中國(guó)西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的特征和趨勢(shì)探討[J]. 第四紀(jì)研究, 23(2): 152 ? 164. [Shi Y F, Shen Y P, Li D L, et al. 2003. Discussion on the present climate change from warm-dry to warm-wet in northwest China[J]. Quaternary Sciences, 23(2): 152 ? 164.]
史玉光, 孫照渤. 2008. 新疆水汽輸送的氣候特征及其變化[J]. 高原氣象, 27(2): 310 ? 319. [Shi Y G, Sun Z B. 2008. Climate characteristics of water vapor transportation and its variation over Xinjiang [J]. Plateau Meteorology, 27(2): 310 ? 319.]
史正濤. 2005. 新疆伊犁黃土地層形成時(shí)代及環(huán)境研究[R].西安: 中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所博士后出站報(bào)告, 1? 95. [Shi Z T. 2005. Age of Yili Loess in Xijiang and its aleoenvironmental implications [R]. Xi′an: The report of postdoctoral workstation in Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, 1? 95.]
宋友桂, 史正濤. 2010. 伊犁盆地黃土分布和組成特征 [J].地理科學(xué), 31(2) : 267?272. [Song Y G, Shi Z T. 2010. The characteristics of distribution and composition of loess from the Yili basin [J].Journal of Geographical Sciences, 31( 2) : 267?272.]
宋友桂, NIE Jun-sheng, 史正濤, 等. 2010a.天山黃土磁化率增強(qiáng)機(jī)制初步研究[J].地球環(huán)境學(xué)報(bào), 1(1): 66?72. [Song Y G, Nie J S, Shi Z T, et al. 2010a. A preliminary study of magnetic enhancement mechanisms of the Tianshan Loess [J]. Journal of Earth Environment, 1(2):66?72.]
宋友桂, 史正濤, 方小敏, 等.2010b. 伊犁黃土的磁學(xué)性質(zhì)及其與黃土高原對(duì)比[J]. 中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué), 40(1) : 61?72. [Song Y G, Shi Z T, Fang X M, et al.2010b. Loess magnetic properties in the Ili basin and their correlation with the Chinese Loess Plateau [J]. Science China: Earth Sciences, 53(3) : 419 ? 431.]
葉 瑋, 靳鶴齡. 1998. 新疆伊犁地區(qū)黃土的粒度特征與物質(zhì)來源[J]. 干旱區(qū)地理, 21(4) : 1 ? 8. [Ye W, Jin H L. 1998. The mineral characteristics of grain size and material sources of loess in the Yili region, Xinjiang [J]. Arid Land Geography, 21(4) : 1 ? 8.]
葉 瑋, 董光榮, 袁玉江, 等.2000. 新疆伊犁地區(qū)末次冰期氣候的不穩(wěn)定性[J]. 科學(xué)通報(bào), 45( 6) : 641 ? 646. [Ye W, Dong G R, Yuan Y J, et al.2000. The climate instability of the last glacier in the Yili area,Xinjiang [J]. Chinese Science Bulletin, 45(6) : 641? 646. ]
葉 瑋. 2001. 新疆西風(fēng)區(qū)黃土沉積特征與古氣候[M]. 北京: 海洋出版社. [Ye W.2001. The Characteristics and Paleaoclimate of Loess Deposits in Westerly Area [M]. Beijing: Ocean Press.]
葉 瑋, 桑長(zhǎng)青, 趙興有. 2003. 新疆黃土分布規(guī)律及粉塵來源[J]. 中國(guó)沙漠, 25 ( 3) : 514 ?520. [Ye W,Sang C Q,Zhao X Y, et al. 2003. Spatial-temporal distribution of loess and source of dust in Xinjiang [J]. Journal of Desert Research, 25( 3) : 514 ?520.]
曾蒙秀, 宋友桂. 2013a. 新疆伊犁昭蘇黃土剖面中的礦物組成及其風(fēng)化意義[J]. 地質(zhì)論評(píng), 59(3): 575?586. [Zeng M X, Song Y G. 2013a. Mineral composition and their weathering signif cance of Zhaosu loess-paleosol sequence in the Ili Basin, Xinjiang [J]. Geological Review, 59 (3), 575?586.]
曾蒙秀, 宋友桂. 2013b. 西風(fēng)區(qū)昭蘇黃土剖面中碳酸鹽礦物組成及其古環(huán)境意義辨識(shí)[J]. 第四紀(jì)研究, 33(3): 424?436. [Zeng M X, Song Y G. 2013b. Carbonate minerals of Zhaosu loess section in westerly area and their paleoenvironmental signif cance [J]. Quaternary Science, 33 (3): 424 ? 436.]
張小曳. 2001. 亞洲粉塵的源區(qū)分布, 釋放, 輸送, 沉降與黃土堆積[J]. 第四紀(jì)研究, 21(1): 29 ? 40. [Zhang X Y. 2001. Source distribution, emission, transport, deposition of Asian dust and loess accumulation [J]. Quaternary Science, 21(1): 29 ? 40.]
Bronger A. 2003. Correlation of loessepaleosol sequences in east and central Asia with SE Central Europe: towards a continental Quaternary pedostratigraphy and paleoclimatic history [J]. Quaternary International, 106 ? 107: 11?31.
Blunier T, Brook E.2001. Timing of millennial-scale climate change in Antarctica and Greenland during the last glacial period [J]. Science, 291: 109 ?112.
Bond G, Broecker W S, Johnsen S, et al.1993. Correlation between climate records from North Atlantic sediments and Greenland ice [J]. Nature, 365: 143?147.
Broecker W S. 1994. Massive iceberg discharge as triggers for global climate change [J]. Nature, 372: 421? 424.
Chlachula J, 2003. The Siberian loess records and its significance for reconstruction of Pleistocene climate change in north-central Asia [J]. Quaternary Science Reviews, 22, 1876 ?1906.
Dai X G, Li W J, Ma Z G, et al. 2007. Water-vapor source shift of Xinjiang region during the recent twenty years [J]. Progress in Natural Science, 17(5): 569 ? 575.
Dansgaard W, Johnsen S J, Clausen H B, et al. 1993. Evidence for general instability of past climate from a 250-kyr icecore record [J]. Nature, 364(6434): 218 ? 220.
Ding Z L, Sun J M, Liu D S. 1999. A sedimentological proxy indicator linking changes in loess and deserts in the Quaternary [J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 42(2): 146 ?152.
Ding Z L, Ranov V, Yang S L, et al. 2002. The loess record in southern Tajikistan and correlation with Chinese loess [J]. Earth and Planetary Science Letters, 200(3): 387 ? 400.
Dodonov A E, Baiguzina L L, 1995. Loess stratigraphy of central Asia: paleoclimate and paleoenvironmental aspects [J]. Quaternary Science Reviews, 14: 707 ?720.
E C Y, Lai Z P, Sun Y J, et al. 2012. A luminescence dating study of loess deposits from the Yili River basin in western China [J]. Quaternary Geochronology, 10: 50 ?55.
Fang X M, Li J J, Van der Voo R. 1995. Pale magnetic/rockmagnetic and grain size evidence for intensified Asian atmospheric circulation since 800 kyrs [J]. Earth Planet Sciences Letter, 165: 129 ? 144.
Fang X M, Lü L Q, Yang S L, et al. 2002. Loess in Kunlun Mountains and its implications on desert development and Tibetan Plateau uplift in west China [J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 45(4): 289 ? 299.
Feng Z D, Ran M, Yang Q L, et al. 2011. Stratigraphies and chronologies of late Quaternary loess-paleosol sequences in the core area of the central Asian arid zone [J]. Quaternary International, 240(1): 156 ?166.
Forster T, Heller F, 1994. Loess deposits from the Tajikdepression (central Asia): magnetic properties and paleoclimate [J]. Earth and Planetary Science Letters, 128: 501?512.
Heinrich H.1988. Origin and consequences of cyclic ice rafting in the Northeast Atlantic Ocean during the past 130000 years [J]. Quaternary Research, 29: 142?152.
Kutzbach J E. 1980. Estimates of past climate at Paleolake Chad, North Africa, based on a hydrological and energy-balance model [J]. Quaternary Research, 14(2): 210?223.
Laskar J, Robutel P, Joutel F, et al. 2004. A long-term numerical solution for the insolation quantities of the Earth [J]. Astronomy & Astrophysics, 428(1): 261?285.
Porter S C,An Z S. 1995. Correlation between climate events in the North Atlantic and China during the last glaciaton [J]. Nature, 375: 305?308.
Shi Y F, Shen Y P, Kang E S, et al. 2007. Recent and future climate change in northwest China [J]. Climatic Change, 80(3 ? 4): 379?393.
Song Y G, Li C X, Zhao J et al. 2012. A combined luminescence and radiocarbon dating study of the Ili loess, Central Asia [J]. Quaternary Geochronology, 10: 2?7.
Song Y G, Chen X L, Qian L B, et al. 2014. Distribution and composition of loess sediments in the Ili Basin, Central Asia [J]. Quaternary International, 334 ? 335: 61?73.
Sun D H, An Z S, Su R X, et al. 2003. Eolian sedimentary records for the evolution of monsoon and westerly circulations of northern China in the last 2.6 Ma [J]. Science in China Series D: Earth Sciences, 46(10): 1049 ?1059.
Vandenberghe J, Renssen H, Van H K, et al. 2006. Penetration of Atlantic westerly winds into Central and East Asia [J]. Quaternary Science Reviews, 25(17): 2380 ? 2389.
Yang S L, Forman S L, Song Y G et al. 2014. Evaluating OSLSAR protocols for dating quartz grains from the loess in Ili Basin, Central Asia [J]. Quaternary Geochronology, 20, 78?88.
Zhou L P, Dodonov A E, Shackleton N J, 1995. TL dating of the Orkutsay loess section in Tashkent region, Uzbekistan, central Asia [J]. Quaternary Science Reviews, 14, 721?730.
The environmental change records since the Last Glaciation at Zeketai loess section, central Asia
E Chong-yi1,2, YANG Tai-bao3, LAI Zhong-ping2, SUN Yong-juan2, JIANG Ying-ying1
(1. Key Laboratory of Qinghai?Tibetan Plateau Physical Geography and Modern Processes, Qinghai Normal University, Xining 810008, China; 2. Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Sciences, Xining 810008, China; 3. College of Earth and Environmental Science, Lanzhou University, Lanzhou 73000, China)
Based on 13 OSL (optical stimulated luminescence) dating results, accumulation rate, grain size and TOC (total organic content) in Zeketai loess section in central Asia, an environmental evolution record during the Last Glacial Period was reconstructed. The results indicate that: (1) the climatic change in Ili basin during the last glacial period can be divided into 4 stages, i.e. cold stage (74.5~60 ka), mild moist stage (60~30 ka), cold stage (30~11.5 ka) and warm wet stage (11.5 ka~), and the climatic changing characteristics are consistent with marine oxygen isotope records; (2) since the beginning of Last Glacial Period, the loess accumulation rates presented a decreasing trend and are 49 cm·ka?1in MIS4 stage, 32 cm·ka?1in MIS3 stage, 13 cm·ka?1in MIS2 stage and 8 cm·ka?1, respectively; (3) comparing between ZKT loess environmental records and the oxygen isotope records in GRIP ice core, we found that the signals of rapid climatic f uctuation from north Atlantic region are clearly recorded in ZKT loess records synchronously.
Ili river basin; Zeketai loess section; Last Glacial Period; environmental change
P532
:A
:1674-9901(2014)02-0163-10
10.7515/JEE201402014
2014-02-18
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41361047);青海師范大學(xué)123高層次人才培養(yǎng)項(xiàng)目
鄂崇毅,E-mail: echongyi@163.com