了得網自然科學_亞洲夏季風西北緣千年尺度環境變化—

內容簡介

豬野澤位於亞洲季風邊緣區祁連山東段北緣,屬石羊河尾閭湖,自20世紀90年代以來,一直是晚第四紀全球變化研究的熱點區域.《亞洲夏季風西北緣千年尺度環境變化:豬野澤晚第四紀古湖泊學研究》是蘭州大學資源環境學院古湖泊研究小組對河西走廊地區近20年來研究成果的總結,同時也結合了其他小組對豬野澤的研究進展,全面反映了該區域過去全球變化的研究成果.《亞洲夏季風西北緣千年尺度環境變化:豬野澤晚第四紀古湖泊學研究》分為8章和附錄,主要內容包括:緒論?豬野澤及其所在石羊河流域自然地理與社會經濟概況,豬野澤晚第四紀地貌學?地層學與年代學研究,流域性碎屑礦物及可溶性鹽類礦物傳播與沉積,千年尺度古植被與古生態?流域性有機地球化學過程?豬野澤及石羊河流域千年尺度環境演變與中全新世環境突變,豬野澤及河西走廊晚第四紀文獻索引及引用指南.《亞洲夏季風西北緣千年尺度環境變化:豬野澤晚第四紀古湖泊學研究》繫統地總結了豬野澤地區晚第四紀環境變化歷史及成因機制,同時也是蘭州大學在石羊河地區研究的成果展示。

前言
第1章緒論
1.1 我國湖泊沉積學千年尺度環境變化研究現狀
1.2 豬野澤湖泊沉積物研究意義
參考文獻
第2章研究區概況
2.1 自然地理概況
2.2 地質地貌
2.3 氣候
2.4 水文與水資源
2.5 土壤植被
2.6 流域社會經濟
2.7 生態環境惡化狀況及其演變
參考文獻

前言

第1章緒論

1.1 我國湖泊沉積學千年尺度環境變化研究現狀

1.2 豬野澤湖泊沉積物研究意義

參考文獻

第2章研究區概況

2.1 自然地理概況

2.2 地質地貌

2.3 氣候

2.4 水文與水資源

2.5 土壤植被

2.6 流域社會經濟

2.7 生態環境惡化狀況及其演變

參考文獻

第3章豬野澤晚第四紀古湖泊地貌與年代

3.1 豬野澤古湖泊地貌

3.2 豬野澤古湖泊岸堤年代

參考文獻

第4章豬野澤晚第四紀沉積地層與年代

4.1 豬野澤沉積地層

4.2 豬野澤沉積物年代學

參考文獻

第5章豬野澤碎屑礦物與可溶性鹽類

5.1 豬野澤鹽類礦物

5.2 豬野澤鹽類與碎屑礦物反相關關繫的沉積學解釋

5.3 豬野澤全新世砂層成因探討

參考文獻

第6章豬野澤孢粉記錄與古植被演化

6.1 豬野澤及鄰近區域孢粉記錄

6.2 豬野澤孢粉傳播動力學

6.3 豬野澤沉積物粒度敏感組分與花粉組合關繫

參考文獻

第7章豬野澤沉積物有機地球化學

7.1 湖泊沉積物有機地球化學指標綜述

7.2 豬野澤沉積物有機地化指標之間的關繫

7.3 豬野澤有機地化指標與花粉組合的關繫

參考文獻

第8章豬野澤及石羊河流域中全新世環境突變及千年尺度環境演變

8.1 豬野澤中全新世干旱事件時空範圍和機制

8.2 豬野澤千年尺度環境演變

8.3 蒸發和環流因素對湖泊演化的影響

8.4 石羊河流域上中下遊環境記錄對比

8.5 夏季風邊緣區晚冰期以來氣候變化機制探討

參考文獻

附錄

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第1章緒論
任何學科的發展無一不是服務於人類生存和發展的進一步需求。隨著人類社會的發展,全球變化已成為影響、制約人類更好地生存和進一步發展不可忽視的因素,全球變化學應運而生。全球變化學是研究地球繫統整體行為的一門科學,它將大氣圈、水圈、岩石圈和生物圈作為一個整體,研究地球繫統過去、現在和未來的變化規律與原因及控制機制,從而建立全球變化預測的科學基礎,為地球繫統的管理提供科學依據。1991年3月,國際地圈生物圈計劃(IGBP)建立全球變化研究計劃(PAGES)項目,它以樹木年輪、冰芯、黃土、湖泊沉積、深海沉積岩芯、珊瑚、古土壤等白然記錄以及物理、化學分析技術來恢復過去環境的變化,並區分白然因素和人為因素的影響,以此為依據,檢驗未來全球變化預測模型(Perry et al.,1993；葉篤正和符淙斌,1994；Hostetler and Bartlein, 1990; Morrill, 2004; 11 and Morrill, 2010, 2013)。
通過湖泊沉積物來研究過去全球變化過程,是PAGES計劃中的重要部分。目前已發現的各種白然記錄,如冰芯(Severinghaus et al.,1998; Thompson et al,1997)、黃土(An et al.,1991; Chen et al.,1999a)、深海沉積物(Ericson and Wollin,1968；Foster et al.,2013)、湖泊沉積物(Li et al.,2009a,2012)、泥炭(Huang et al.,2013; Huang et al.,2013)、樹輪(Chen et al.,2013)、洞穴碳酸鹽(Sun et al.,2013)等中,湖泊沉積物具有信息量大,連續性好,沉積速率大,時間分辨率高,地理覆蓋面廣等優勢,這些優勢在恢復短時間尺度的氣候和環境演化繫列時,是其他自然歷史記錄所無法替代的（An et al.,1 991；劉東生和文啟忠,1 985；瀋吉等,2010）。湖泊沉積物高分辨率、多指標的綜合研究是重建短尺度氣候變化的重要手段,對認識氣候的白然變化規律和人為干擾,預測未來氣候變化趨勢及幅度有重要意義。目前湖泊沉積物環境替代指標主要有孢粉(Li et al.,2009b,2011)、沉積物粒度（李育等,2011）、碳酸鹽含量（隆浩等,2007）、有機碳同位素(Long et al.,2010；11 et al.,2012)、磁性參數（趙強等,2005 、碳酸鹽碳氧同位素（王寧等,200素含量及其比值（吳艷宏等,2004）、礦物含量及其比值(Li et a1.,2013)、色素(張振克等,2000a)、硅藻等微體動物化石（張振克等,2000b）等。
對湖泊沉積學的研究,國際上開展較早,老一代科學家對湖泊沉積學的發展做jLI_I了卓越的貢獻(Kummel and Raup,1965; Bouma,1969; Carver,19 71)。伴隨著國際過去全球變化的研究,湖泊沉積學研究在全世界範圍內展開,各種湖泊沉積物環境代用指標分析已經成功地運用在湖泊沉積物研究中( Olsen,1 986；I。iu and Fearn,1 993,2000; Binford et al.,1997)。我國湖泊沉積學的運用最初始於20世紀70年代的油田勘探。80年代以來,人類對環境變化的關注度逐漸增加,湖泊沉積物作為記載過去氣候及環境變化的良好載體,成為了該時期我國過去全球變化研究的一個熱點。隨著國際上對過去全球變化研究的重視和國際間合作的加強,我國湖泊沉積學研究也正式進入了國際科研平臺（劉嘉麒等,2000; Fuhrmann et al.,2003；Yancheva et al.,2007）。這一時期,一些國外的學者也加入了豬野澤的研究,並取得了建設性的成果( Pachur eta1., 1995; Zhang et al.,2000, 2002)。第1章緒論

任何學科的發展無一不是服務於人類生存和發展的進一步需求。隨著人類社會的發展,全球變化已成為影響、制約人類更好地生存和進一步發展不可忽視的因素,全球變化學應運而生。全球變化學是研究地球繫統整體行為的一門科學,它將大氣圈、水圈、岩石圈和生物圈作為一個整體,研究地球繫統過去、現在和未來的變化規律與原因及控制機制,從而建立全球變化預測的科學基礎,為地球繫統的管理提供科學依據。1991年3月,國際地圈生物圈計劃(IGBP)建立全球變化研究計劃(PAGES)項目,它以樹木年輪、冰芯、黃土、湖泊沉積、深海沉積岩芯、珊瑚、古土壤等白然記錄以及物理、化學分析技術來恢復過去環境的變化,並區分白然因素和人為因素的影響,以此為依據,檢驗未來全球變化預測模型(Perry et al.,1993；葉篤正和符淙斌,1994；Hostetler and Bartlein, 1990; Morrill, 2004; 11 and Morrill, 2010, 2013)。

通過湖泊沉積物來研究過去全球變化過程,是PAGES計劃中的重要部分。目前已發現的各種白然記錄,如冰芯(Severinghaus et al.,1998; Thompson et al,1997)、黃土(An et al.,1991; Chen et al.,1999a)、深海沉積物(Ericson and Wollin,1968；Foster et al.,2013)、湖泊沉積物(Li et al.,2009a,2012)、泥炭(Huang et al.,2013; Huang et al.,2013)、樹輪(Chen et al.,2013)、洞穴碳酸鹽(Sun et al.,2013)等中,湖泊沉積物具有信息量大,連續性好,沉積速率大,時間分辨率高,地理覆蓋面廣等優勢,這些優勢在恢復短時間尺度的氣候和環境演化繫列時,是其他自然歷史記錄所無法替代的（An et al.,1 991；劉東生和文啟忠,1 985；瀋吉等,2010）。湖泊沉積物高分辨率、多指標的綜合研究是重建短尺度氣候變化的重要手段,對認識氣候的白然變化規律和人為干擾,預測未來氣候變化趨勢及幅度有重要意義。目前湖泊沉積物環境替代指標主要有孢粉(Li et al.,2009b,2011)、沉積物粒度（李育等,2011）、碳酸鹽含量（隆浩等,2007）、有機碳同位素(Long et al.,2010；11 et al.,2012)、磁性參數（趙強等,2005>、碳酸鹽碳氧同位素（王寧等,200素含量及其比值（吳艷宏等,2004）、礦物含量及其比值(Li et a1.,2013)、色素(張振克等,2000a)、硅藻等微體動物化石（張振克等,2000b）等。

對湖泊沉積學的研究,國際上開展較早,老一代科學家對湖泊沉積學的發展做jLI_I了卓越的貢獻(Kummel and Raup,1965; Bouma,1969; Carver,19 71)。伴隨著國際過去全球變化的研究,湖泊沉積學研究在全世界範圍內展開,各種湖泊沉積物環境代用指標分析已經成功地運用在湖泊沉積物研究中( Olsen,1 986；I。iu and Fearn,1 993,2000; Binford et al.,1997)。我國湖泊沉積學的運用最初始於20世紀70年代的油田勘探。80年代以來,人類對環境變化的關注度逐漸增加,湖泊沉積物作為記載過去氣候及環境變化的良好載體,成為了該時期我國過去全球變化研究的一個熱點。隨著國際上對過去全球變化研究的重視和國際間合作的加強,我國湖泊沉積學研究也正式進入了國際科研平臺（劉嘉麒等,2000; Fuhrmann et al.,2003；Yancheva et al.,2007）。這一時期,一些國外的學者也加入了豬野澤的研究,並取得了建設性的成果( Pachur eta1., 1995; Zhang et al.,2000, 2002)。

1.1 我國湖泊沉積學千年尺度環境變化研究現狀

我國湖泊沉積物古環境變化的研究,可以進行區域劃分,其中包括季風區湖泊(Shen et al.,2005a; Wang et al.,2007; Wu et al.,2012),內陸干旱區湖泊(Wünnemann et al.,2006; Rudaya and Li,2013),青藏高原區湖泊(Zhu et al.,2008; Wu et al.,2007)。近幾年,亞洲季風邊緣地區,由於對季風的進退較為敏感,成為湖泊沉積學研究的新熱點(陳發虎等,2004; Shen et al.,2005b; Xiao et al.,2004,2009; 11 et al.,2009a,2012)。雖然這幾個區域關於千年尺度古環境研究結果較多,但是不同區域千年尺度氣候變化過程存在差異Chen et al.,1999b,2008; He etal.,2004; Wang et a1.,2010),且對特定區域的環境變遷史也沒有得出同一的結論,尤其是我國季風區、干旱半干旱地區和季風邊緣區。

(1)我國季風區環境變化研究較為復雜。亞洲季風區的氣候變化會導致該區域不同尺度的氣候事件,如洪水和干旱(Webster et al.,1998),這些氣候事件影響著季風區人們的生產生活。因此,研究亞洲季風區的氣候變化具有一定現實意義。亞洲季風區的全新世氣候變化研究具有一定復雜性,問題的焦點在於,我國全新世適宜期的出現時間問題,以及東亞季風和印度季風變化的同步與否。An等(2000)首先指出全新世適宜期在我國不同區域的分布具有不同步性,在我國北部和東北部出現在約9000cal.aB.P.,而在我國南部和東南部區域則晚了3000年。亞洲季風可以分為東亞季風和印度季風兩個子繫統(Tao and Chen,1987; Wang,2002)。Herzschuh (2006)通過東亞、中亞地區的75個古氣候記錄,綜述了亞洲季風區全新世的有效濕度變化,提jLI_I在印度季風區,伴隨有高降水量的全新世適宜期發生在早全新世階段,而在東亞季風區則可能出現在中全新世階段。Chen等(2008)重建了全新世季風以及有效濕度的變化歷史,指出東亞季風和印度季風呈同步變化,我國石筍記錄也顯示,我國亞洲季風區全新世氣候變化具有一定同步性(Fleitmann et al.,2003; Dykoski et al.,2005; Hu et al.,2008),亞洲季風降水在早全新世期間達到峰值並開始下降。但是,到目前為止,全新世石筍記錄研究點在我國季風區的分布具有一定的局限性,所以其顯示的全新世亞洲季風同步演化的結果,還有待於更多可靠的定年記錄來證實。

(2)我國干旱半干旱地區全新世氣候變化也具有復雜性。亞洲干旱半干旱地區對長尺度氣候變化較為敏感(Feng et al.,1993; Jacoby et al.,2000),中全新世期間氣候是否干旱是該區域研究的爭議所在。安成邦等(An et al.,2006)發現我國干旱半干旱區中全新世期間存在千年尺度的干旱事件,但是這些干旱事件在不同區域發生的時間並不相同。在新疆南部地區,在7000～5000cal.a B.P.期間,氣候相對溫濕（鐘巍和熊黑鋼,1 998）；青藏高原北部大部分區域在5000 cal.a B.P.開始,有效濕度便逐漸降低( Liu et al.,2002),而來白黃土高原西部的記錄卻顯示中全新世期間氣候較為濕潤(Feng et al.,2004)。

(3)我國已有的亞洲季風邊緣區不同位置全新世氣候變化存在差異。我國夏季風邊緣區千年尺度環境變化研究結果較為復雜,尤其是該區域全新世適宜期和中全新世干旱事件的時間範圍問題。Li等(2003)對糜地灣泥炭剖面的研究結果顯示,我國寧夏中部季風邊緣區全新世氣候適宜期出現在10000～7500lC a B.P.；岱海湖泊沉積記錄顯示,7900～4450cal.a B.P.為全新世氣候適宜期(Xiao et al.,2004)；Zhao等(2008)根據豬野澤中部全新世孢粉組合研究,得出全新世氣候適宜期出現在中全新世7200～5200cal.a B.P.期間。亞洲季風邊緣區在中全新世期間普遍存在干旱事件,但是該區內不同區域干旱事件的出現時間卻存在差異。巴彥查干湖沉積記錄顯示,中全新世干旱事件出現的時間尺度為9000～7000cal.a B.P.(Jiang and IiU,2007); Chen等(2003)通過湖泊沉積記錄研究發現,阿拉善高原7000～5000cal.a B.P.存在大範圍的干旱事件。

1.2 豬野澤湖泊沉積物研究意義

由以上內容可見,國內各區域千年尺度氣候變化研究結論較為復雜,缺乏區域性的總結和同一。jLI_I現上述情況,可能與不同學者所使用的白然記錄不同有關,如黃土、石筍、湖泊沉積物,它們對氣候變化響應的敏感程度不同。因此,有必要對給定區域的古環境研究成果作一總結,為能夠準確地預測未來全球變化打基礎。本書以豬野澤為例,總結了季風邊緣區千年尺度環境演變過程。之所以以該區域為研究區,是因為：(1)豬野澤位於亞洲季風西北邊緣區,與中亞西風帶控制區較近,對於亞洲季風的變化比較敏感,季風邊緣區也是近年來過去全球變化研究的熱點區域。

20世紀60年代就開始了該區域地貌結構的研究。豬野澤是對終端湖盆的統稱,終端湖盆內部又分為白堿湖、東硝池、西硝池、野麻湖和青土湖等小湖盆,在歷史時期曾形成統一的大湖,期間湖泊水位較高（馮繩武,1 963；李並成,1993）,但現在已經完全干涸。Pachur等(1995)、Zhang等(2001,2004)、隆浩等(2007) Long等(2012)分別研究了豬野澤地區晚更新世湖泊地貌演化,並測定了豬野澤東北部古湖岸堤的年代。上述研究結果表明,早,中全新世豬野澤湖泊水位較高,晚全新世湖泊水位較低,為該區域環境變化研究的進一步開展打下了基礎。

(2)關於豬野澤湖泊沉積物,已有許多詳細的環境代用指標數據公布。陳發虎及其研究小組對豬野澤地區三角城等湖泊沉積剖面的孢粉、有機碳同位素等指標做了詳細研究(Chen et al.,1999a,2001,2003; Shi et al.,2002;張成君等,2000;朱艷等,2001)；本書作者通過豬野澤地區QTH01、QTH02剖面沉積物粒度、孢粉、TOC、C/N和有機碳同位素等指標的研究,建立了全新世豬野澤湖泊的演化過程(Li et al.,2009 a,b)；Zhao等(2008)對豬野澤地區QTL-03剖面的孢粉組合特征進行了分析。這些研究數據以及成果公布,進一步引起了許多學者對該區域環境變化的關注。

(3)豬野澤地區已有多個沉積剖面和豐富的剖面及岸堤年代數據。本書作者已掌握了豬野澤XQ、QTH01、QTH02、SKJ和JTL五個湖泊沉積剖面的相關資料。XQ剖面位於豬野澤湖盆西部,海撥較高,距離石羊河入湖口較近；QTH01、QTH02和SKJ剖面位於豬野澤中部,JTI剖面位於豬野澤東部。從五個剖面的沉積相來看,豬野澤湖相沉積物以青灰色粉砂為主,部分層位夾雜褐色鏽斑和黑色泥炭沉積層；晚更新世以來湖相沉積物富含碳酸鹽並伴有軟體動物殼體殘渣,湖相沉積層之間往往夾雜青灰色或黃褐色砂層,指示了湖泊水動力條件的變化過程和臨近區域風沙活動狀況；各剖面頂部通常沉積了厚度不均的晚全新世風成沉積物,說明該區域晚全新世以來湖泊退縮強烈,湖相沉積層被風成沉積層所替代。這幾個剖面已有的年代數據包括,孢粉濃縮物AMS“C年代、常規“C測年結果、全樣有機質、全樣無機質、軟體動物殼體以及光釋光測年結果。

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