亚洲中部中更新世以来气候环境变化——来自天山北坡黄土沉积的证据，本文主要内容关键词为：天山论文,亚洲论文,黄土论文,气候论文,证据论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：X14,P46 文献标识码：A 文章编号：1007-9793(2006)04-0066-04
亚洲中部干旱区的形成演化、第四纪冰期—间冰期气候波动及沙漠时空变化、粉尘事件序列等的研究对于理解亚洲干旱区大气粉尘的气候环境效应及第四纪期间全球气候环境变化等都具有重要的科学价值。而该区沙漠周围厚层风成黄土地层及古环境记录的研究则是解决这些问题的最佳途径。以前对亚洲中部黄土地层的研究主要集中在中亚地区的塔吉克斯坦和乌兹别克斯坦等地。
中国北天山北坡大量黄土早已引起有关学者的注意，并进行了一些研究工作[1-4]。上世纪80年代一些工作表明这里有较老的离石黄土，并在黄土中区分出了几层比较明显的古土壤层[5,6]。由于没有进行详细年代学工作，天山北坡黄土的年代和环境记录一直没有得到解决和深入研究。近年来，我们在天山北坡的沙湾县东湾镇一带发现了厚层、连续堆积的风成黄土剖面，为探讨该区黄土地层学和环境演化提供了极好的素材。
1 剖面位置及特征
研究剖面位于北天山中段北坡沙湾县东湾镇西南约2 km处清水河最高阶地上，海拔850m（图1）。该处年降水量约200mm，年均温度6.5C左右，为荒漠草原灰钙土分布区。植被覆盖度小于30%，以蒿草和黎科为主。
黄土剖面厚71m。依据黄土组成特征，从深度9.8m、38m和53m将全剖面分成上、中上、中下和下部四部分。上部分黄土较松散，暗黄色，较多根、虫孔；中上部黄土呈浅褐黄色，较密实的块状，含许多青黄—青灰色粉砂杂斑，16.7m以下杂斑减少；中下部黄土为较深的褐黄色和密实的块状，并发育有一些波动纹层状的灰黄色粉砂条带；下部黄土颜色更深，呈浅褐灰色，密实，并含一些较明显的细小钙结核或斑点，夹少量波动纹层粉砂条带，60m以下纹层增多。虽然黄土剖面中土壤发育较弱，但根据颜色、特征和密实度仍可识别出9大层古土壤，按黄土高原惯例依次记为S[,0] -S[,8]。其中S[,6]、S[,7]、S[,8]古土壤发育较强，表现为较明显的褐红色，块状，并有较弱的土壤削面层次，其余古土壤发育相对较弱。碳酸盐在土壤剖面中没有明显分层。总的来说，以38m为界，其下古土壤普遍比其上古土壤发育要强。古地磁年代学、光释光测年和[14]C测年研究表明，该剖面黄土—古土壤特征和分层与黄土高原黄土—古土壤层序一致，B/M界线位于剖面69.5m处的L[,8]中，即69.5m以上部分为布容正极性世，以下为松山反极性世。以B/M界线到古土壤S[,1]底部年龄确定的沉积速率9.16cm/ka计算，剖面底部的年代为0.8Ma[7]。
图1 研究区地貌和黄土分布
Fig.1 Geomophology and distribution of loess in the studied area
2 0.80Ma来环境变化
为探讨该区古气候环境变化，我们对黄土剖面以5cm间隔采集了粒度、磁化率和碳酸钙样品。样品分析按照目前通用的方法进行。粒度测量用Mastersizer 2000激光粒度仪；磁化率使用英国Bartington公司生产的MS2型磁化率仪测量；碳酸钙用气量法测量。
东湾镇剖面黄土—古土壤系列反映出0.8Ma以来该区的气候经历了8次干湿冷暖变化，与黄土高原和中亚地区一致，表现为冰期时堆积黄土，间冰期时发育古土壤。这说明，亚洲干旱、半干旱区第四纪气候在冰期—间冰期尺度上表现出良好的可比性并与全球气候变化具有一致性，暗示着全球气候变化受某一相同因子的作用。但总体上看，间冰期时气候比较干旱，表现在古土壤发育程度比较差，颜色较淡，与黄土差别不很明显；碳酸钙淋滤弱，大部分古土壤无明显的淀积层。这也说明控制北疆地区的水汽来源的因子与黄土高原地区不同。
图2显示，粒度、磁化率气候代用指标在45m和18m处发生了明显的转折，即0.8Ma以来北疆气候变化可以分为三个明显的气候阶段。根据黄土高原已建立的黄土古土壤年代标尺，分别相当于0.8-0.6Ma、0.6-0.25Ma和0.25Ma以来三个时期。
0.8-0.6Ma相对湿润阶段：包括三个黄土堆积期(L[,6],L[,7],L[,8])和三个古土壤发育期(S[,6],S[,7],S[,8])。古土壤细粒含量高，是该剖面中最高的，小于10μm的细粒含量超过40%；黄土中＜10μm细粒含量也在30%左右；古土壤中的CaCO[,3]含量低，古土壤存在着较明显的淀积层。说明在S[,6]到S[,8]这段时间，间冰期时气候比较温暖湿润。这种状况一直延续到0.60Ma左右。
0.6-0.25Ma干旱化强烈发展阶段：这个阶段包括S[,3]、S[,4]、S[,5]和L[,3]、L[,4]、L[,5]。从L[,6]顶部(45m)开始粒度开始持续变粗，特别是＜2μm的粘粒含量大幅度减少；而此时石膏结核出现，则指示气候环境已相当干旱。＜2μm的粘粒含量在L[,3]的上部(18m)达到剖面最小值，＞63μm的砂含量也达到本剖面的最大值，说明这段时间气候持续变干，沙漠在强烈扩张。因此，约0.60 Ma B.P.是北疆地区气候由较湿润变为干旱的一个转折点，是一个重要的气候变干事件。
图2 东湾镇黄土剖面古气候变化
Fig.2 The paleoclimate change in the loess section of Dongwan town
S[,5]由较明显的三层古土壤组成，厚度在剖面中是最大的，属加积型古土壤。粒度资料显示S[,5]还可分出相对较粗的层。S[,5]的细粒含量明显少于S[,6]和S[,7]，波动强烈；中值粒径和＞63μm的粗粒波动也十分强烈，磁化率曲线做高频波动，无明显的显示。S[,5]在整个剖面上虽然是最厚的一层古土壤，但发育程度不及S[,6]、S[,7]和S[,8]。这说明最大间冰期时，该区虽然为土壤发育时期，降水量较多，但气候条件仍是比较干旱的，且气候多变，尘暴频繁，黄土堆积仍在继续，形成明显的加积型古土壤。这一方面反映了由于青藏高原的阻挡，即使最大间冰期东亚夏季风已很少能到达本区，另一方面说明当时帕米尔高原、天山和阿尔泰山等亚洲中部的山脉已隆升到相当的高度，对水汽有了拦截作用，因而西风气流携带的水汽由于沿途降落，到达本区时也所剩无几，气候干旱在所难免。
从约0.50 Ma B.P.（L[,5]底）开始，该区气候再次变干。表现在古土壤发育程度差，粒度显著变粗，磁化率曲线也为一明显的转折点。L[,5]以上的S[,4]、S[,3]厚度薄，发育程度差，预示间冰期时气候虽比冰期时湿润，但都不及以前的间冰期气候湿润，气候已十分干旱，不利于土壤发育。S[,4]以后的几层古土壤的碳酸钙含量高于黄土则说明与现代气候特征相似的干旱气候那时已经形成。从L[,5]开始黄土，黄土—古土壤的中值粒径和＞ 63μm的粗粒在较小的、均匀的波动中不断增大，到L[,3]中部(0.25Ma)达到全剖面最大值，此时，＜2μm粘粒含量也为全剖面的最小值，说明气候干旱化不断加剧，古尔班通古特沙漠持续扩大。
0.25Ma以来干旱气候阶段：这个阶段包括S[,2]、S[,1]、S[,0]和L[,2]、L[,1]。从L[,3]顶部开始到剖面顶部，＜2μm的细粒含量在很小范围内变化，说明该区气候从此时起，干旱气候一直持续到现在，即具有现代特征的干旱气候可能在此时形成并一直维持。0.25Ma之后，＜2μm的粘粒含量变化很小，即使在S[,2]中也特别明显的增加。剖面上，S[,2]的发育程度很差、古土壤碳酸钙的含量高于黄土，L[,2]中＞63μm的粗粒含量仍然很高都说明，0.25Ma－0.13Ma期间气候继续维持十分干旱状态。末次间冰期的到来使该区气候稍有好转，但S[,1]土壤发育不是很好和＜2μm粘粒的含量增幅不大、碳酸钙含量明显高于黄土说明古土壤发育时期仍是一种干旱气候环境。而S[,1]之后中值粒径和＞63μm的颗粒含量急剧减少则暗示着此时大气环流发生了重大调整或北疆地区的主风向发生了改变。这是共和运动使准噶尔盆地周围山地隆升对气流阻挡造成的，而不是气候变化的结果。因为共和运动是晚更新世最强烈的一次构造运动，整个青藏高原正是经过其运动才达到现代高度[11]，天山和准噶尔盆地周围的山地也毫不例外地会强烈隆升。
末次冰期时北疆地区气候不但干旱，可能还十分不稳定，变化强烈，表现在黄土中值粒径和磁化率出现高频大幅度振荡。末次盛冰期时，该区环境的恶化是十分显著的。＜2μm的曲线上出现了末次冰期以来最大的谷，中值粒径出现很高的峰，＞63μm砂含量也明显增加。
全新世北疆地区虽然仍然处于十分干旱的环境，S[,0]为灰钙土，含有很高的碳酸盐，但也发生了多次干湿气候交替。天山台兰河阶地上苏小堤黄土剖面中的孢粉揭示7500年来一直是干旱气候，相对湿润的气候分别出现在6580、5730、4810、 3535年，从3500开始干旱加剧[12]，这与天山北坡许多沉积物上盖有一层约20-30cm厚的松散粉尘堆积是一致的。
3 结论
(1)东湾镇黄土剖面的气候环境研究揭示，中更新世以来北疆地区气候环境演化经历了0.80Ma-0.60Ma的气候相对湿润阶段；0.60Ma -0.25Ma的干旱化阶段和0.25Ma到现在的干旱气候阶段3个时期，现在干旱气候格局是0.25Ma左右形成延续至今。
(2)中更新世以来北疆地区在0.8Ma、0.60和0.25 Ma左右发生了重要的气候事件，这些事件加速了该区干旱化进程。