黄土高原黄土粒度组成的古气候意义

黄土高原黄土粒度组成的古气候意义

中国洛杉矶高原黄土古土壤序列的粒度变化表明，颗粒运动的动力和沉积物环境的变化是人类历史上最敏感的变化[1.6]。黄土沉积的粒度测量是研究东亚季风气候的重要内容。然而，黄土古土壤表的粒径参数中的旧气候意义尚不清楚，哪一个参数可以作为最敏感的东亚冬季风变化的后代指标。最近，通过对洛川标准黄土剖面上黄土粒的粒度分析，作者发现，不同的粒径值的不同粒级组成的组合具有不同的古气候意义，并明确规定8、30和74m是重要的分界线。该边界的组件含量与东亚冬季风的强度呈反相关，并表明冬季风或和灰尘事件。该结论不适用于洛杉矶高原中部的洛川地区，也不适用于其他地区。此外，初步研究还发现，黄土粒的各种组成可能具有世界、地区和当地古气候的重要性。因此，从黄土西北-东南段三个末亚期开始，选择要测量和分析黄土粒构成的旧气候意义。1黄土壤颗粒粒度测量从西北到东南的环县、西峰和旬邑3个剖面(图1)均位于黄土塬边缘切开的沟谷处,L2以上地层连续而稳定,野外很容易辨认.环县剖面处于黄土堆积区和荒漠区的过度地带,粉尘堆积速率快、颗粒粗,剖面厚度较大.由于人类开发活动的影响使该剖面S0古土壤层部分缺失中的古土壤层可以辨认由三层薄的古土壤层组成西峰和旬邑地区发育了较完整的第四纪黄土堆积,最顶部的S0古土壤保存较好,为灰黑色垆土,L1中的古土壤层野外可以辨认,S1发育很好,为红褐色的古土壤.对三个剖面L2以上的地层进行了间隔5cm的系统采样,共获得样品1080块.全部样品在中国科学院黄土与第四纪地质国家重点实验室进行了粒度和磁化率测量.磁化率测量结果也证明了它们是末次间冰期以来的黄土堆积.粒度测量的前处理方法与文献的基本相同,区别在于最后又增加了使样品在超声波清洗仪上振荡10min的步骤.测量仪器是德国生产的A22激光粒度仪,测量范围为0.15～1250μm,重复测量误差小于3%.从图2可以清楚地看出,在同一层位(S0,L1LL1,S1等)的黄土或古土壤颗粒有从西北到东南变细的趋势,反映了颗粒大小变化与源区远近有关.同时可以看出,黄土堆积的粒度变化与全球冰量和太阳辐射变化有一定的联系.2冬季风/和尘暴事件中,强的宏观方面,总制约国外的冬季风/和尘暴事件,易反映冬季风/和尘暴事件,易反映冬季风/和尘暴事件,易指示冬季风/和尘暴事件,易指示冬季风/和尘暴事件,易指示出极强的冬季风/和尘暴事件,易指示极强的冬季风/和尘暴事件,易指示冬季风/和尘暴事件,易指示极强的冬季风/和尘暴事件,易指示冬季风/和尘暴事件,易反映冬季风/和尘暴事件发生测量范围对应的值是0～12.75,按0.25的间隔把这段范围分为51个粒级,做出每个剖面每个粒级颗粒含量随深度变化的曲线,共得到153条,具有代表意义的曲线见图3,确定每个剖面年龄框架的方法参考文献.由图3可以看出不同粒级的变化形式是不同的.研究表明,中国黄土堆积是东亚冬季风的产物,黄土古土壤序列的粒度变化与冬季风强度变化相关[1～6].通过对多种地质记录的研究已经初步认识了末次间冰期以来东亚季风气候变化特征,同时也认识到东亚季风强度变化通过蒙古高压与全球冰量变化相联系.全球冰量扩张,东亚冬季风加强,中国北方沙漠南伸,黄土堆积物粒度变粗.因此,参考记录全球冰量变化的深海氧同位素变化曲线,仔细分析每一条分粒级含量变化曲线与东亚冬季风强弱变化的关系可以找出较好的冬季风变化替代性指标详细对比的方法与文献类似.结果发现,在环县地区44～63μm颗粒含量变化很好地指示了冬季风强弱变化;>63μm颗粒含量变化的幅度和频率都较高,可能指示了极强的冬季风或/和尘暴事件;2～6μm颗粒含量变化曲线与冬季风强弱变化反相关,可能指示了较粗颗粒含量变化和/或风化成壤作用对这部分颗粒含量的影响.6～44μm颗粒含量变化较为混乱,其古气候意义有待进一步查明;<2μm颗粒与风化成壤作用密切相关,并且这部分颗粒常处于悬浮状态并被搬运到很远的距离,只有部分在距离源区相对较近的地方降落,因此这一部分单独列出.它们的形成也可能受到风化成壤作用的影响,间接地指示了夏季风强度的变化.在西峰地区,对应于这些古气候意义的颗粒部分分别是30～53,>53,2～8,8～30和<2μm.在旬邑地区,对应于这些古气候意义的颗粒界线分别是26～53,>53,2～6,6～26和<2μm.这些粒级组分在本文中分别被命名为较粗颗粒组分、粗颗粒组分、较细颗粒组分、中颗粒组分和细颗粒组分.为了进一步分析黄土组分的古气候意义把环县西峰和旬邑个剖面不同古气候意义的组分含量随时间变化绘成图4,其中的时间标尺是以磁化率变化曲线与深海氧同位素变化曲线直接对比获得时间控制点、在控制点之间内插得到的.同时,把粒度指标变化与全球冰量变化和太阳辐射变化对比(图4和图2),分析它们之间的异同.通过以上的对比分析,我们认为黄土粒度分布中较粗颗组分含量变化很好地指示了冬季风强度变化,并且,其变化与代表全球气候变化的冰量变化密切相关,因此,它具有全球气候意义.在环县、西峰和旬邑地区这些组分分别是44～63,30～53和26～53μm.粗颗含量显示出高频率和大幅度(相对于米兰柯维奇旋回)的变化,与太阳辐射变化和全球冰量变化难以对应,但是三个剖面之间有较好的对应.因此,粗颗粒含量可能指示了黄土高原地区较强的冬季风变化和/或尘暴事件,其具有区域的气候意义.在环县、西峰和旬邑地区它们的粒级范围分别是和在环县西峰和旬邑地区的黄土古土壤样品中粒径分别在44,8～30和6～26μm的中颗粒组分含量变化与季风强弱变化难以对应,与全球冰量以及它们之间的变化也都很难对比,其可能具有地方的气候意义.但是,这个结论有待进一步查明.有意义的是,在3个剖面中的较细和细颗粒组分变化与较粗颗粒组分变化很好的反相关.因而,它们的变化与东亚冬季风强度变化成反相关(图4),对这个现象试探性的解释是:较细和细颗粒组分沉隆量的变化相对较小,因此,它的含量变化要受冬季风强度变化影响,在东亚冬季风加强的阶段,其搬运能力加强,大量较粗和粗颗组分沉降于黄土高原,较细和细颗粒组分含量相对减少;反之,较细和细颗粒组分含量相对增加.同时,风化成壤作用也使较细和细颗粒组分含量增加,并且其增加的多少与风化成壤作用强度相关,较细和细颗粒组分含量变化间接地指示了夏季风强度变化.但是,这种增加量在多大程度上改变了较细和细颗粒的含量,以及在冬季风加强的阶段是否夏季风强度减弱或发生其它的变化还需要进一步研究3颗粒组分变化(1)黄土高原黄土粒度组成中不同粒级的古气候意义不同,并且各粒级组分界线随着研究地区的不同而发生变化.(2)黄土粒度分布中可以分离出具有全球的和区域的气候意义的颗粒组分.其中的较粗颗粒含量变化与东亚冬季风强度变化正相