第四纪地质学论文

黄土的研究现状及古

气候意义

姓名石慧瑾

院系地理科学

专业地理科学

班级1101

学号1155010115

黄土的研究现状及古气候意义

地科学院1101班石慧瑾

摘要：黄土高原黄土一古土壤序列是古气候演化在陆相地层中的反映，已经成为认识第四纪地球气候与环境变化的三个重要信息载体之一，可用来探讨东亚季风气候的形成演化和受控机制、气候突变事件的记录乃至反演我国内陆干旱化历史。稳定同位素、磁化率和抱粉等气候代用指标的地球化学、物理学以及生物学分析为提取黄土一古土壤序列中蕴藏的古气候环境信息提供了新的途径。随着定量重建古气候方法的不断引进，运用替代指标研究的结果的准确度和精度也在不断提高。研究黄土具有重要的价值和意义，本文从以下几个方面介绍了黄土的研究现状：过去典型增温期黄土高原东西部C3、C4植物组成变化特征、黄土高原黄土_古土壤序列古气候代用指标、粒度分析在中国第四纪黄土古气候研究中的应用现状、特征时期黄土高原风化成壤强度的空间特征与气候梯度。并详细叙述了对古气候的意义。

关键词：黄土；古土壤；研究现状；古气候

1 引言

中国的黄土高原大约有7Ma的历史，甚至更长(22Ma)。黄土一古土壤是季风气候下的产物，其中黄土层形成于冬季风相对强盛时期，期间气候干冷，粉尘堆积速率高，风化成壤较弱;古土壤则代表了夏季风相对强盛期，气候温暖湿润，风化成壤作用强，就形成褐红色的古土壤。因此黄土一古土壤序列记录了最近7Ma东亚冬季风占优势和夏季风占优势气候期相互交替的变迁历史。该风尘堆积序列随着青藏高原高度的不断增长，越来越多地显示黄土高原气候向干旱化方向发展。赵济针对全新世时期亚洲大陆的造山运动已基本停止这一情况，提出引起黄土高原环境演变具有全局性意义的自然因素首先是气候的波动。由于长尺度环境记录的相对缺乏，导致气候和构造事件发生时代的不确定性成为研究工作面临的突出困难。但利用不同古气候代用指标的地球化学、物理学以及生物学等方面的对比分析无疑会有助于从黄土一古土壤序列中分离出全球性和区域性的气候变化信息。下面，就黄土研究现状和对古气候意义进行阐述。

2 黄土的研究现状

2.1 过去典型增温期黄土高原东西部C3、C4植物组成变化特征研究现状

通过对整个黄土高原末次间冰期以来的典型黄土剖面的研究，较系统的获得了黄土高原东、西部末次间冰期和全新世中期两个特征高温期C3/C4植被的演化特征。全新世中期时段，黄土高原东部和西部均表现为C4植物丰度的明显增加；而末次间冰期时段，黄土高原东部和西部不同地貌类型C4植物丰度存在显著的差异，西部粱峁区C4植物减少，而东部和西部塬区则C4植物增加。空间差异可能与降水增多的季节性变化导致植物变化有关。如把两典型增温时段作为未来全球增温的相似型，未来增温情形下黄土高原东部和西部塬区的自然C4植物可能增加，而黄土高原西部粱峁区则可能为先增加后减少的变化趋势。

2.2 黄土高原黄土_古土壤序列古气候代用指标研究现状

黄土高原黄土-古土壤序列古气候代用指标均为多种因素综合作用的结果，所反映的气候特征具有良好的可比性，且与冰芯和深海沉积等所反映的气候变化趋势可以进行很好的对比，在未来全球气候和环境变化研究中拥有无限潜力和生命力。对研究季风气候的形成演化和受控机制、气候突变事件的记录乃至反演我国内陆干旱化历史等问题具有重大意义，在国

际古全球变化研究中占有重要的位置。目前的气候变化研究评估指标、方法和结果还存在很大的不确定性，绝大部分气候变化影响指标、适应性和脆弱性评估模型是以定量的气候和非气候情景作为输入参数，气候模式的不完善直接带来气候变化影响最主要的不确定性来源之一，就是各种情景假设的不确定性。

同时，物源的远近、风力的强弱、沉积区的地形以及沉积后的保存条件等，都会影响到黄土记录的可靠性。随着全球气候变化研究的不断深人，人们认识到包含着气候突变事件的气候环境系统的不稳定性，可能会对人类生存环境带来灾难性的影响，相应要求寻找高分辨率的古环境记录成为解决这些问题的关键，为此结合地理信息系统等软件技术的开发，提高分析结果的客观性、直观性和准确性，全面推动分析方法的研究，推动古气候研究向着多元古环境替代指标、高分辨率古气候研究、气候变化的多种驱动因素等方面发展。

2.3 粒度分析在中国第四纪黄土古气候研究中的应用现状

粒度是中国第四纪黄土古气候研究的经典替代指标之一。不同前处理方法对粒度测量结果有较大影响。在中国北方黄土研究中,中值粒径、平均粒径、粗颗粒百分含量(>30μm、>40μm)等常用作指示冬季风的替代指标;提纯石英颗粒的方法虽然理想,但分离石英的实际工作量很大;>63μm的砂粒百分含量可用于指示沙漠进退;黏粒含量可用于指示夏季风强度。对多粒度参数的综合分析(粒度结构参数散点图、C-M图、判别分析等)可用于沉积物成因研究。

目前,黄土敏感粒度组分分离方法主要有2种:①以概率统计函数(如Weibull分布)为粒度频率曲线的拟合函数,对多动力来源的粒度全样进行数学分离,提取各敏感组分众数粒径和相应的百分含量,作为东亚冬季风或高空西风的替代指标;②通过计算粒级-标准偏差变化的方法获得敏感粒度组分信息。谱分析是粒度指标时间序列定量研究中常用方法之一,可用于古气候变化周期性、驱动因子和驱动过程解释等方面。粒度指标序列对于建立地层年代标尺起着重要作用,粒度年龄模型仍是较可信的建立地层年代序列的方法之一。

2.4 特征时期黄土高原风化成壤强度的空间特征与气候梯度研究现状

对黄土高原15个剖面5个特征时期L1,S0, S1, S4, S5-1风化成壤强度空间变化的研究,得出如下初步认识。

1、黄土高原冰期和间冰期风化成壤强度均呈现由东南向西北减弱的特征,且南北梯度明显大于东西梯度,与现代夏季风影响的降雨与温度的空间变化特征一致。但冰期时风化成壤强度的梯度变化比间冰期小。这种格局反映了冰期时夏季风环流对黄土高原影响很小,南北气候梯度更多体现了气候带的纬度效应。

2、不同古土壤的研究表明,间冰期时黄土区风化成壤强度和南北气候梯度不具严格的对应关系。S1和S5-1发育时期,高原风化成壤强度总体较强且其南北梯度亦较大,指示了当时较强的夏季风环流,但冬季风的影响亦相对较强。已有研究表明,成壤最强的S5-1(对应于深海氧同位素第13阶段)发育时期,夏季风环流较现在的季风前缘向北伸进可能近200km[15]; S0和S4发育时期,高原南北风化成壤强度的梯度明显变小,可能反映了当时黄土高原在夏季风影响的背景下,冬季风的影响减弱,导致南北梯度的减小。因此,低纬驱动作用(主要是夏季风环流)和高纬驱动作用(主要是冬季风环流)相互作用的模式可以较合理地解释本文观测到的冰期、不同间冰期风化成壤强度的空间变化特征。值得指出的是,本文的研究结果是初步的,随着数据空间覆盖率的加大和多种指标的进一步印证,有望为探讨高低纬气候驱动力对我国北方黄土高原的影响提供更多的证据。

3 古气候的意义

大气动力学研究表明,在一定平均风速的大气边界层中风速随高度以对数函数规律增加,这一风速随高度的变化率,即风的剪切速度,决定着风对表面颗粒所施加的剪切力,它是表面颗粒克服重力和表面阻力而运动的动力。发生于粉尘源区普通尘暴事件可同时起动平均粒径