亚洲中部中更新世以来气候环境变化

      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。