北疆地区全新世气候波动与水热组合特点_叶玮

文章编号:1000-694X(2000)02-0185-07北疆地区全新世气候波动与水热组合特点X叶　玮(中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆乌鲁木齐　830011;浙江师范大学地理系,浙江金华　321004)摘　要:湖沼沉积、黄土沉积和冰积等地质记录的研究表明,北疆地区全新世气候受地理位置和大气环流影响,气候变化较为复杂。

整个北疆地区早全新世气候暖干,中全新世至现代,气候特点因地因时而异。

受西风控制地区,代表暖干环境的黄土沉积可一直延伸到晚全新世,而可能受夏季风影响的地区和偏北的阿尔泰山,环境的好转早于西风区,并且气候的波动也较西风区更为频繁。

关键词:北疆地区;全新世;气候特点中图分类号:P532文献标识码:A 关于全新世国内外已有大量的研究成果。

在时代上通常将全新世划分为3个时代,即早全新世、中全新世和晚全新世[1～3]。

根据全新世温度的变化,全新世又被划分为升温期、降温期和大暖期[4～5]。

随着测年技术不断改进,测年精度日益提高,有关全新世底界和全新世不同时期的界限因时因地而异,对于全新世各阶段古气候特点的认识也随着各种古气候代用指标的运用和高分辨率时标的建立而不断深化。

特别是近年来极地冰芯和海相沉积的研究结果表明,过去认为与气候剧烈波动的末次冰期相比,相对稳定的全新世气候也是不稳定的,而且变化相当复杂[6～11]。

在国内,有关全新世的大量研究成果主要集中东部季风区,对于干旱内陆西风区的新疆北部地区的研究则相对薄弱,特别是对该地区全新世气候的水热组合形式争论较为激烈。

有人认为,与东部季风区类同,全新世北疆地区水热组合为暖与湿、冷与干相对应[12～14];而另外有些人却提出,天山及其以北地区,全新世气候波动主要表现为冷与湿和暖与干的组合[15～16]。

新疆地处干旱内陆,生态系统脆弱,未来气候变化趋势势必影响人类赖以生存的绿洲的演化和发展。

本文在对该地区前人工作和近年来伊犁地区黄土与古气候研究成果总结的基础上,试图进一步探讨全新世北疆地区气候的波动特点和水热组合形式,为寻求绿洲持续发展对策提供科学依据。

1　全新世气候变化的地质记录1.1　湖沼沉积1.1.1　阿尔泰山大罗坝盆地大罗坝盆地是我国阿尔泰山中部中山带的一个小型山间盆地,海拔2100m,年降水量650～850 m m。

盆地中深3.2m的人工剖面按沉积特征的不同可分为上下两部分:下部为沙砾石层,上部为粘土与泥炭互层[17]。

根据剖面距地表80cm深处泥炭14C 测年结果(7009±88a B.P.)和孢粉分析推断,128 cm以上的沉积为全新世沉积,80cm以上为中全新世以来的沉积。

从花粉组合推测,早全新世该区为荒漠草原景观,年降水量200～300mm,仅为现代降水的一半。

7000a B.P.左右,在研究区内以云杉、松和落叶松为主的针叶林繁盛,推测当时大罗坝地区的年平均温度比现在高约3℃,年降水量与现代相近。

7000a B.P.以来气候存在多次波动,据孢粉组合可划分出2个干旱期和3个湿润期。

湿润期花粉浓度高(平均大于10000粒・g-1),植被为森林草原;干旱期花粉浓度低(平均小于5000・粒g-1,最低仅为1600粒・g-1),森林衰退,耐旱草本植物增加,植被覆盖度明显降低[18]。

从现有14C测年资料可知,阿尔泰山地区泥炭的形成时代主要集中在全新世中期,而且大多数样品第20卷　第2期2000年6月 中　国　沙　漠JO U RN A L OF DESERT R ESEAR CHVol.20　No.2Jun.2000X收稿日期:1999-03-15;改回日期:1999-05-20基金项目:国家自然科学基金(49671009);国家重点基础研究发展规划(G1999043502)作者简介:叶玮(1957—),女(汉族),江苏太兴县人,理学博士,副研究员,主要从事干旱区第四纪沉积与环境的研究。

年龄位于6000～2500a B .P .之间,早全新世和2000a B.P.以来泥炭很少,从另一侧面反映就整体而言,早全新世较为干旱,环境相对稳定;中全新世以来气候总体较以前湿润而且干湿波动频繁。

图1　阿尔泰山大罗坝剖面孢粉图谱F ig.1　T he po llen assemblage fr om Daluo ba Basin,A ltai M ountains1.1.2　天山小尤尔都斯盆地小尤尔都斯盆地是中国天山内部的一个高位山间盆地,盆地中出露有大片湖相沉积。

厚2.4m 的天然剖面位于盆地西北部,地理坐标84°38′E ,43°05′N,海拔2500m 。

按沉积特征的不同该剖面可分为3个沉积段,上下两段为湖相粘土质粉砂与粉砂沉积,中间一段为沼泽相泥炭沉积。

据泥炭层偏上部样品的14C 测年结果,其年代为4155±115a B.P.,由此推测泥炭层以下的湖相沉积为早、中全新世沉积。

从粒度特征可知,下段沉积物以粘粒含量高、分选差而不同于其上的泥炭层和湖相粉砂层,它与上覆的泥炭层组成了由下而上平均粒径由细变粗的湖退沉积序列,记录了该区湖泊由深到浅的逐渐衰亡过程。

有关湖泊的研究揭示,中高纬地区在冷暖交替的气候背景下,湖泊水面变化表现为冷期为高湖面和暖期为低湖面,地处西风控制地区的湖泊大多服从这种变化规律。

特别在干暖的气候条件下,干旱区内陆湖泊普遍存在收缩现象[19～20]。

下段花粉组合中灌木和草本占优势(64.5%～82.4%),木本花粉平均含量仅10.9%,而且耐旱的黎科和蒿属花粉含量较高,蒿属与黎科花粉比小于1。

中段花粉组合中出现了较高含量的狐尾藻和眼子菜,代表沼泽草甸植被。

反映该区早全新世至中全新世晚期暖干的气候背景,因此湖泊收缩变浅,沼泽发展。

4000a B.P.以来,盆地又一度为湖泊占据,湖周山区阴坡发育成片的云杉林,因此具水平纹层的湖相沉积样品花粉组合中出现了较高比例的木本植物(25%～54.7%)、水生植物(6.8%～22.3%)和代表高湿低温环境的草本植物(禾本科、菊科和蒿属等),蒿黎比最高可达3,指示了相对冷湿的气候环境。

根据纹层厚度推测,湖泊再度干涸,现代干凉气候的形成不会早于2000a B .P .。

1.1.3　玛纳斯湖玛纳斯湖位于准噶尔盆地西部,是源于天山的186中　国　沙　漠 20卷玛纳斯河的尾闾湖。

90年代初,中国科学院广州地化所与法国南巴黎大学联合对玛纳斯湖进行了考察,在玛纳斯湖盆中心钻取了3.5m 长的沉积柱样。

孙湘君等对该孔孢粉沉积速率的研究表明,4200a B .P .以来在花粉比基本稳定的情况下,玛纳斯湖花粉沉积速率达到剖面最高峰且高低变化很大,有数次大起大落[14]。

林瑞芬等对沉积柱样品碳酸盐的D 18O 记录进行了研究后发现,玛纳斯湖与地处季风区的青海湖的D 18O 曲线变化趋势存在差别[21]。

如图2所示,13000～9500a B .P .,玛纳斯湖D 18O 值呈稳定上升趋势,而青海湖却在剧烈的波动中大幅度下降;9500～6000a B.P.,玛纳斯湖与青海湖类同,D 18O 曲线锯齿状波动并呈增加趋势;6000～4000a B.P.,玛纳斯湖出现了两次D 18O 值的大幅度负向漂移;4000～1000a B.P.,D 18O 值又在频繁的波动中逐渐降低,而青海湖6000a B .P .来呈稳定上升趋势。

从图2不难看出,玛纳斯湖D 18O 曲线反映早全新世至中全新世中期该区气候相对稳定,其间也有一些波动,但远不及6000a B .P .以来频繁,而且波动幅度小。

图2　玛纳斯湖和青海湖沉积D 18O 曲线(引自文献[21])Fig.2　T he D 18O curves of M anasiLak e an d Qing hai Lake一般而言,D 18O 值向负向漂移指示气候转向湿润。

玛纳斯湖D 18O 曲线在13000～6000a B.P.段呈逐渐上升趋势,指示该区气候偏干;在6000～1000a B .P .段向负向漂移,指示气候偏湿且干湿波动较剧烈。

1.1.4　巴里坤湖韩淑女是等曾对天山东段的封闭型湖泊巴里坤湖ZK00A 孔进行了细致的沉积学、地球化学、古生物学和年代学等方面的研究[15]。

根据研究成果,该孔2.51m 以上为12000a B .P .以来的沉积。

按沉积特征、地球化学指标、孢粉分析和氧同位素测定结果,结合年代资料和树木年轮分析,将12000a B.P .来的气候分为暖干、冷湿等不同的气候段。

12000～7000a B.P.,水热组合以暖干为主,样品孢粉浓度低(图3),花粉组合中耐干旱的黎科和蒿属占优胜,木本花粉含量很低,虽然在8000a B.P.左右有一次冷湿波动;7000～3640a B .P .,前期较湿润,沉积物中花粉含量急剧增加;后期,气候又向暖干方向演化,花粉浓度迅速降低;3640～2300a B.P.为冷湿期,形成了黑色的淤泥沉积,花粉浓度也相应增高;2300a B .P .以来,除小冰期的冷湿波动外,气候暖干。

但从花粉浓度分析,与早全新世相比晚全新世相对湿润。

图3　新疆巴里坤湖ZK 00A 孔花粉浓度变化曲线F ig .3　T he chang e of pollen density fr o m KZ 00Acor e o f Balikun L ake,Xinjiang1.2　黄土沉积中国天山西部的伊犁盆地和天山以北的天山山前的荒漠草原和草原地带,是新疆重要的风成黄土分布区,黄土厚度几米至几十米不等。

近年来伊犁地区黄土记录的研究表明,该区的黄土中保存有丰富的古气候信息。

野外调查发现,不论是在天山北麓还是在伊犁地区,很难见到类似黄土高原那样广泛分布的全新世埋藏古土壤。

据14C 测年结果,伊犁地区目前所发现的位于黄土顶部的古土壤主要为晚全新世的产物,天山北麓不多的全新世古土壤和沙丘中碳化层样品的年龄也集中分布在中全新世晚期和晚全新世[22]。

在东部季风区,黄土粒度常常被用来作为冬季风强度变化的代用指标[23～67]。

黄土沉积特征和沉积1872期叶玮:北疆地区全新世气候波动与水热组合特点环境的研究表明,伊犁地区的黄土粒度组成较黄土高原典型的马兰黄土为细[27],而且伊犁地区西邻中亚荒漠区,伊犁河下游分布有十分丰富的细粒物质,同时该地区又是世界上尘暴发生天数较多的地区之一[28]。

从伊犁黄土组成中小于30L m 粒径含量平均高达75.28%、<15L m 者平均约占54%和1500m 以上高空常年为西风环流控制推测,远源粉尘对该区黄土的形成具有重要意义。

据Pye 的研究成果[29],在中性大气的中等风暴里,20L m 的颗粒不可能迁移到离源区30km 以远的地方,而<10L m 的颗粒则可被搬运到数千公里之遥的其它地区。