（自然地理学专业论文）洛川地区末次冰期植被波动特征及其对气候变化的响应.pdf

首都师范人学硕l 学位论义 摘要 中国气候是以东亚夏季风与冬季风季节性交替为特征的，而黄土古土壤的剖面记录 又为这种交替留下了一个极好的长期的替代性记录，因此黄土已经成为与深海沉积、冰芯 同等重要的第四纪古环境三大支柱之一。本次研究选择的是黄土高原地区具有较好连续性 和较高分辨率的洛川剖面，到目前为止，许多研究者已经对该剖面进行了深入的研究，但 大都侧重于对地球物理化学指标的研究，而对生物指标的研究工作一真是黄土研究中的薄 弱环节，其中对于孢粉的研究则相对更少。为此，我们把孢粉分析作为恢复古植被、古气 候的手段，通过加密采样来获取高分辨率的孢粉资料，并以热释光为年代测定的手段，进 而来探讨末次冰期洛川地区植被波动特征及其对气候变化的响应。 研究结果显示：洛川地区马兰黄土剖面末次冰期植被演化过程分为3 个大带，即p l 带、p 2 带和p 3 带，它们依次对应m i s 2 、m i s 3 和m i s 4 阶段。整个剖面的孢粉组合均以草 本植物占优势，显示该地区末次冰期以来发育了草原植被，这与我国其他地区孢粉序列所 反映的植被类型具有良好的一致性，当然在各地同一时期的植被并不完全相同，这应该是 归因于小气候与自然地理条件的差异。经过深入分析后认为，末次冰期以来该地区的气候 特点表现为早晚期比较寒冷干燥，其中早期气候比较稳定无大的变化，晚期气候有所波动， 而中期的气候条件则相对较佳，气候温凉半湿润，并且经历了一系列波动，表现为两次明 显的暖期即m i s 3 a 和m i s 3 c 阶段，以及一次显著的冷期即m i s 3 b 阶段，其中m i s 3 a 阶段的 气候更为温暖湿润，但是与青藏高原的“高温大降水”事件有所区别，说明了该事件对洛 川地区有所影响但是强度不是很大。孢粉图谱显示出的植被波动特征是对末次冰期以来气 候变化的响应，同时植被的波动特征说明了末次冰期中存在着千年级或更短时间尺度的气 候波动。因此，洛川地区末次冰期以来的气候与环境演化模式与深海沉积、极地冰芯、青 藏高原和黄土高原其他地区都有良好的一致性。 关键词：洛川末次冰期孢粉植被气候 首都师范大学硕士学位论文 b s t r a c t c h i n e s ec 】i m a t ei sc h a r a c t e r i z e da st h es e a s o n a la l t e m a t i o nb e t w e e ns u m m e rm o n s o o na n d w i n t e rm o n s o o n i na d d i t i o n ，t h es e c t i o nr e c o r do fl o e s s a n c i e n ts o i l ，h a s1 e rb e h i n dae x c e l l e n t ， 1 0 n g t e n n ，a l t e m a t i v er e c o r df o rs u c ha l t e m “o n s ol o e s sh a sb e e na m o n gt o p3p i l l a r si nt 1 1 e f o u r t ha i l c i e i l tc i r c 呦s t a n c e s ，w h i c hi sa si m p o n a ma sd e e ps e as e d i m e n ta n dp o l a ri c e c o r e 1 h es e c t i o no f1 0 e s ss e l c c t e di n t h i sr e s e 删1i st h el u o c h u a i ls e c t i o nw h i c hp o s s e s sb e t t e r c o n t i n u i t y 锄dh i g h e 卜r e s o l u t i o n u p 棚ln o w ，d e 印r e s e a r c hh a sb e e nm a d eo nt h es c c t i o n ， h o w e v e r ，m o s to f r h i c hi se m p h a s i z e dp a n i c u l m yo np h y s i c a la n dc h e m i c a l i n d e xo ft h ee a m l ， t ot 1 1 ec o n t r a a sf o r1 1 1 eb i 0 1 0 垂c a li n d c xo ft h ee a r t h ，h a sa l w a y sb e c nt h ew e a kt a c h e ，p o l l e n ， c o m p a r a l i v e l y1 e s s 髓h lm a tr c g a r d ，w et l l e r e f o r el o o ko nt l l e 锄a l y s i so fp o l l e na sm e a i l sb y w h i c ha n c i c n tv c g e t a t i o na 1 1 da n c i e md i m a t ea r er e n e w 甜，a i l do b t a i n 也ep o l l e ni n f b n n a t i o no f h i g h r e s o l 埘o nb y 口y p t e ds 唧l i n g ，t e s tm ed a t eb ym e a n so fm e 衄o l u m i n e s c e n c e ，f i l r t h e r p r o b e i n t ot 1 1 ec h a r a c t e f i s t i c so fv e g e t a t i o nf l u c t u a t i o n 嬲w e l la sc o n s c q u c n ti m p a c to nc l i m a t e d 嘶n gm ep 耐o do f t h el a s tg l a d a li n 也el u o c h u a n t h ep m c e s so fv e g c t a t i o ne v o l v 咖e n t ，w l d c hw a sc x a c t l ye i l l b o d i e di nm em a l a i ll o e s s s e c t i o ni n 也el u o c h u a l ld u r i n gm ep e r i o do fm el a s tg l a c i a li sd i v i d c di n t ot l l r e ep l l r a s c s ，i e p 1 ，p 2a 1 1 dp 3 ，a c c o r d i n 酉yi na c c o r d a l l c et om i s 2 、m i s 3 和m i s 4p 1 1 r a s e a m o n g l ep o l l e n c o m b i n a t i o no ft 1 1 ew h o l es e c t i o n ，m eh c i b a g ep l 锄ti si nt h ed o m i n a n tp l a c e ，w h i c hs h o w s 血e f h c tt h a tp l a i nv e g c t a t i o nh a sc o m ei n t ob e i n gd u r i n gt i l el a s td a c i a li nm i se n d ，m o r e o v e ri s p r c c i s e l yi l ll i n ew i mt h es t y l eo fv c g e t a t i o nr e f l e c t e db yp o l l e ns e q u c i l c ei no t l l e ra r e a si n 咄 c o u n n yo fc o u r s e ，t h ev e g e t a t j o no ft h ec o n t e m p o r a n e 记yi sn o tq u i et h es a m ei nd j f r e r e n t a r e a s ，w h i c hr e s u l t e d 疔o mm e nd i s c r 印a n c yo f m i c r o c l i m a t ea n dp h y s i c a lg c o g r 叩h i c a lc o n d i t i o n a n e rd e 印a n “y s i si ti sa 掣e c dt l l a tt h ec h a r a c t 甜s “c so fc l i m a t ei nt t l i sa r e ah a v eb e e l lc o l da 1 1 d d r yi nt h ef o n n e ra n dl a t e rt e ms i n c em et 1 1 el a s tg l a c i a l t 1 1 ef o m l e rt e r r n ，c l i m a t ew a s r e l a t i v d ys t e a d yw i m o u t1 a f g ec h a n g e ，t l l el a t e rt 锄，n u c t u a t i n g ，a n dt l l em e d i 啪t 。m l ， c o m p 删v e l ya g r e e i n g ，w a m lc o o l i n g 锄dh a l f m o i s t u r ea l o n gw i m as 谢a ln u c t u a t i o n ，w h i c h w a sc o m p o s e do f 铆i c e0 b v i o u sw a n nt e h n s ，i e m l s 3 aa n dm i s 3 c a i l do n eo b v i o u sc o l d t e m ，i e m i s 3 b a n di nt h em i s 3 at c n n ，廿l ec l i m a t ei sm o r ew a m la 1 1 dm o i s t u r e ，b u ti sd i h 奄r e n t 丘o m 1 ec v e n to f h i 曲t e m p e r a t l l r ea i l dh e a v i l yr a i n i n gi nt h eq i n g z h 肌ga l t i p l a l l o ，i ts h o w st h e i i i 首都师范大学硕卜学位论文 f a c t t h a tt h i se v e n ts u r e l ym a d es o m ee 行e c to nc l i m ei nt h el u o c h u a nb u tn o t1 a 唱e l y t h e c h a r a c t 鲥s t i c so fv e g e t a t i o nf l u c t u a t i o ns h o w ni nt h e u s t r a t i v ep l a t e sw a sc a u s e db yc l i m a t e c h a i l g es i n c em el a s t9 1 a c i a la n da tt h es 锄et i m ei ta l s os h o w st h ef a c tt h a tt h e r ew e r es o m e c l i m a t en u c m a t i o n sm e a s l l r e db ym i l l e n a r yo rs h o r t c rt i m e i nt h el a s t 羽a c i a l ，h e n c e ，t h ee v o l v i n g m o d eo fc j i m a t ea 工1 de n v i r o n m c n tj nl u o c b u a ns j n c et h e1 a s fg 】a c i a la r e 矗n e j yi n 】i n ew i t hd e e p s e as c d i m 朗ta n da 1 1 dp 0 1 a ri c e c o r e ，q i n g z h a n ga l t i p l a i l o ，h u a n g ma l t i p l a n oa n do t h e ra r e a s k e y w o r d ：l u o c h u a j ll a s tg i a c i a l p a l y n o l o g i c a lv e g e t a t i o nc l i m a t e 首都师范大学硕上学位论文 首都师范大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 籼姗躲稀勿 嘲沏萨g 胁 首都师范大学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文 并向i 雪家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利 目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定。 学位论文作者签名：精钮 日期：加缛6 月 首都师范大学硕士学位论文 第一章绪论 自1 8 世纪中期工业革命以来，人类开始大规模开发利用石油、煤炭、天然气等能源 和矿产资源，并大量排放污染物质，造成大气中二氧化碳等温室气体含量增加，使全球变 暖、海平面上升，人类面临生态环境日益恶化的趋势，环境的剧烈变化使人类自身的生存 与发展受到严峻的考验。直到2 0 世纪8 0 年代，全球变化科学作为一门以研究全球环境变 化为对象的新兴学科开始形成，众多学者开始了全球变化研究，即研究全球环境变化产生 的原因和规律，预测变化的趋势，寻找人类适应全球环境变化的有效对策。全球变化科学 以“地球系统”为研究对象，将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈视为一个整体，探讨由一 系列相互作用过程联系起来的复杂非线性多重耦合系统地球系统的运行机制，这种关 注使全球变化科学成为一门全新的集成科学出现在当代国际科学前沿【”。 1 1 全球变化研究概述 全球变化指的是地球环境系统的变化，是系统中某些关于人类生存的要素出现的异常 变化，如全球变暖，海平面上升和物种灭绝等，并且由于系统某一要素的变化，导致其他 相关要素也发生变化，进而导致全球尺度的环境恶化。 1 1 1 全球变化研究及其意义 1 9 3 9 1 9 7 5 年北半球的持续降温，加上7 0 年代初的几个多雪的北美严冬，再加上米兰 柯维奇气候变化理论的重新确立，“冰期来临”成了7 0 年代末的头版新闻。大约过了1 0 年后，几个干热的北美夏天，加上科学家们对大气模拟技术及结果的专注， 二氧化碳增 加导致“全球变暖”又成了世界引人注目的焦点。但是冯兆东等2 1 认为，目前的证据不具 有强有力的说服力，问题的关键是我们对“地球环境气候系统”的认识仍然显得十分不 足。例如，从冰岩芯资料可知，二氧化碳与温度的因果关系并不是确定的。 科学家对“地球环境一气候系统”演变规律的系统认识被誉之为本世纪地球科学的两 个巨大的突破之一，这个突破来自大量的深海和冰芯钻孔资料，不少陆地序列( 如中国黄 土) 使这个突破更有分量。这个突破的重点之一是米兰柯维奇天文理论的确立，也就是“地 球环境一气候系统”的长期变化随日地相对位置的变化而变化。 1 1 2 有关过去全球变化研究中存在的问题的探讨 预测未来气候环境变化是过去全球变化研究的最终目标之一。过去全球变化( p a g e s ) 作为国际地圈生物圈计划( i g b p ) 的核心计划之一，已经引导有关科学家全面、深入地参 与这项跨学科、综合性的国际合作中来。吕厚远【3 1 认为随着研究的深入，过去全球变化中 一1 首都师范大学硕士学位论文 的一些问题值得思考，有必要对过去全球变化研究中的思维方式、认识角度和研究方法进 行一些反思，以求引起学术争鸣。 第一，气候变化的可预测性和不可预测性。古环境记录的分析曾极大地促进人类对地 球系统耦合作用的了解，同时米兰柯维奇理论的地球轨道参数变化与古气候的主导周期的 吻合也曾一度为寻找古环境变化的动力机制带来希望，然而这毕竟是非常基本的层次。随 着研究的深入，要求对控制气候环境变化的各种动力因素和动力过程有更加全面、深入的 了解，以期根据恰当的动力模型对未来气候环境变化作出可靠预测。然而，随着参数的变 化，新的稳定态、时间周期解或混沌解在某一个不确定的临界点分叉出来，解的唯一性遭 到破坏。【4 1 那么从这样的概念出发，对地球系统进行全面、长期的预报几乎肯定是不可能 的，不过这只是强凋了气候变化的偶然性的一面。我们已经知道，气候的年纪变化是地球 公转的结果，几十年左右的周期很可能受到太阳活动的影响，万年以上的气候变化已经由 米兰柯维奇用地球轨道参数的变化较好的模拟，千年尺度的气候变化则可能是海陆分布变 化所引起的，因此任何长度的气候预测又是可能的。古气候变化应该是相对确定性( 可预 测性) 和绝对不确定性( 不可预测性) 的辩证统一。 第二，气候变化规律和机制。目前对于长周期的气候变化可以用米兰柯维奇理论来 解释但是还有1 5 2 0 的变化没有得到解释。至于中短周期的变化规律和机制，更是众说 纷纭。例如，千年百年周期的突变气候事件的证据广泛分椎在北大西洋及周围地区，另有 不少来自其他地区的报导附和北大西洋的证据。这些突变气候事件被科学家称为全球事 件，或至少是北半球事件。而且对于该事件的原因探讨，“北大西洋中心论”是占上风的， 该理论认为，北美大冰盖在哈德逊湾不时地跃动性的向北大西洋倾泻冰山，北大西洋洋 面温度因此而下降。 1 2 选题依据 近几十年来，有关晚更新世的植被、气候及环境演变问题，一直受到人们的普遍关注。 1 9 8 5 年刘东生等的黄土与环境系统地阐述了黄土与环境的关系。后来，徐建辉等【5 】对 秦岭太白山麓砾石层的成因及第四纪古冰川问题进行了研究，认为晚更新世以来，气候变 冷偏干。进入晚更新世晚期，气候变冷变湿，是第四纪以来最为湿冷的时期，此时太白山 项发育了冰川。随后朱志诚f 司对黄图高原森林草原的基本特征进行了论述，提出在黄土高 原上形成一个东北一西南向狭长的森林草原地带。彭先芝等川对甘肃西峰黄土剖面l 1 l 6 与 陕西段家坡黄土剖面l 5 一s 5 一l 中有机质的特征及古环境信息进行研究，结果表明，黄土地 2 首都师范大学硕士学位论文 区当时气候偏干冷，黄土高原由西北向东南，古气候呈现变暖趋势。以上成果为黄土高原 古植被、古气候及古环境演变的深入研究奠定了基础。 1 2 1 黄土沉积在过去全球变化研究中占据重要地位 我国从黄土中提取古环境变化信息的工作在过去全球变化研究中占据了非常重要的地 位，主要是以2 0 0 2 年我国著名黄土学者刘东生院士荣获世界泰勒环境大奖、2 0 0 4 年2 月 荣获2 0 0 3 年度国家最高科技奖以及2 0 0 2 年n a n 鹏杂志登载中国风成沉积始于2 2 m ab p 等为重要标志的。由于中国气候是以东亚夏季风与冬季风季节性交替为特征的，而黄土 古土壤的剖面记录又为这种交替留下了一个极好的长期的替代性记录，加上黄土的分布广 泛、沉积连续、蕴含环境信息丰富，所以黄土沉积已经成为与海洋沉积、冰芯同等重要的 第四纪古环境三大支柱之一。国内外研究者运用地层学、地貌学、沉积学、土壤学、环境 磁学、岩石学、矿物学、地球化学、古生物学等多学科的研究方法，进行地层划分，建立 时间标尺，分析气候指标，提取环境信息，探讨成因机制，揭示了更新世甚至中新世以来 气候变化的历史。f 8 。7 壤土古土壤序列不仅详细的记录了亚洲季风形成和演化的历史 【博捌，而且序列所包含的古气候信息为探索亚洲内陆干旱化的历史和进程、贬洲季风沙漠 系统的形成和演化、青藏高原的隆升和环境效应以及地球环境各圈层的相互作用等提供了 重要的依据。 1 2 2 黄土不同指标的古环境意义 目前黄土研究中，许多研究领域仍待加强和深入，其中环境变化代用指标更是亟待推 陈出新。从一般意义上讲，环境变化指标是衡量环境变化及其幅度的标尺和基准。隋玉柱 【2 3 1 指出作为本应用以反映区域差异、时序变化的标准不应该受到地域和时间的限制；作为 研究环境变化的基准，环境变化指标的形成机制也必须经得起多学科的验证和推敲。 迄今为止，中国黄土的全球变化演化信息具有比较直接意义的指标有粒度、孢粉、硅 酸体、蜗牛化石、土壤微形态记录等；间接意义的指标有磁化率、r b ，s r 、f e d f c t 等。其 中粒度、磁化率记录在研究中应用的较多。毫无疑问，这些指标都在一定程度上反映了过 去全球变化，尤其是磁化率这一相对通用指标的俄应用为揭示东亚夏季风演化历史提供了 大量的信息，但是古土壤磁化率增强的机制比较复杂，目前还存在一些假说使其古气候意 义的解释分歧较大。粒度变化虽然揭示了不少东亚季风形成和演化的信息，但是风尘的粒 度组成变化不可避免的受沉积后成壤细化作用的影响，全岩粒度变化难以真实的反映原始 风尘粒度，将影响古环境变化信息的完整性。【2 4 1 另外受实验室条件的影响，粒度测试方法 3 首都师范大学硕士学位论文 和前处理方法的不统一，【2 5 1 也限制了不同剖面的地域、全球变化规律的比较和鉴别。古土 壤形态学是古气候、古植被等因素的综合反映，具有特定的古环境意义，但是直观性比较 低，也无法进行谱分析。【2 6 】花粉是全球陆地分布最广的古气候环境信息来源，以花粉为基 本资料的重建全球古植被计划自1 9 9 4 年实施以来，经数百名国际学者包括我国在内的第 四纪花粉学等领域的专家合作，在综合和重建晚第四纪植被和制图方面取得了重大进展。 对于孢粉研究，过去所做的大量工作表明：黄土中保存的孢粉数量较少，类型单调，给定 量恢复古植被，重建古环境增加了难度。朱志诚( 1 9 8 2 ) 证明在实验室条件下，黄土中大 量存在的菌类和碳酸钙分别都对孢粉有巨大的破坏作用，甚至会在3 0 5 0 天时间内，破坏 掉8 0 以上的花粉。但是从本实验结果来看，黄土中的孢粉相对其他沉积物中的孢粉确实 要贫乏许多，分析难度较大，但是只要注意方法，精心操作还是可以获得足够的孢粉的， 因此孢粉组合的波动仍然能够反映古环境的相对变迁。 针对以上问题，一些学者用r b s 产7 1 、f e d f e t 【矧等地球化学指标建立了东亚夏季风的 变迁历史，但r ”s r 指标指示的某些古土壤层的成壤强度与洛川剖面的土壤学研究结果也 有差异【2 6 8 、2 舯。另外过去许多指标( 如l o b e 、钙结核的氧同位素等) 要经过多工序、高造 价分析测试才能得出，实验测试条件要求苛刻，非一般实验室、一般仪器设备所能及，难 以满足黄土地区大范围( 1 0 0 k h l 2 ) 、长时序( 2 2 m a ) 高分辨率研究的需要。因此寻找处 理简单、经济易得、综合合理的环境变化指标，进一步丰富东亚夏季风多指标体系，将不 同指标获得的信息相互印证，对深入开展黄土p a g e s 研究是十分必要的。 1 2 3 时空意义 末次冰期是距今最近的一次冰期，对于现代自然环境的形成和演化都产生了重要的影 响，当时形成的各种沉积物，时代新并且保存完好，经历的地质变动和改动较少，其中的 环境演化记录完整清晰，同时可用于测年的材料和手段多样，环境演化的时间分辨率较高， 对于我们认识气候演化规律，提高气候变化的预测能力有重大意义。 环境是当今世界科学界最为关注的问题之一，因此，重建古植被、古气候、古环境、 预测未来环境变化已成为第四纪研究的热点。【3 0 】在中低纬大陆区，第四纪以来的记录以中 国黄土记录最完整【3 “，中国黄土是连续性最好、蕴含信息最丰富的第四纪陆榻沉积物，h 系统而完整的记录了第四纪东亚季风气候和生态环境变化的全过程，是全球变化研究不可 或缺的基本记录( 郝诒纯) ，而洛川剖面是黄土高原地区典型的标准剖面，具有较好的连 续性和较高的分辨率，是重建第四纪古气候演化历史的重要信息库。植物是地质历史时期 - d 首都师范大学硕士学位论文 的温度计，在自然因素中，它对生存环境的反应是很敏感的，它是研究第四纪植被发展史 和古气候、古环境的重要手段之一。 基于此，对洛川地区高分辨率的植被演化与环境变迁研究就有了深远的意义，这不仅 有助于了解黄土高原历史时期的植被状况，而且对当前黄土高原的生态重建尤其是退耕还 林还草工程建设提供了科学依据，希望能起到抛砖引玉之功效。 1 3 拟解决的问题 本研究要在前人研究的基础上解决末次冰期植被波动问题，目前对末次冰期气候变化 的研究许多都是用地球化学指标，对于生物指标的利用比较少，至少在黄土高原尚存在空 白，以孢粉为研究手段来阐明植被演化历史的魏明建的洛川剖面，孙湘君的渭南剖面，赵 景波的岐山黄土剖面填补了一些空白，但是他们都没有进一步作详细的植被波动研究。针 对以上研究进展情况，我们要解决以下几个方面的问题 其一：黄土中孢粉记录的冷暖气候波动对植被变化有多大程度的影响，植被变化对气 候冷暖波动响应的灵敏程度； 其二：黄土中孢粉记录的气候波动与全球的气候变化是否具有明显的一致性，其冷暖 气候事件与北大西洋深海沉积物岩芯中的h e i n r i c h 事件的可比性； 其三：在末次冰期发生的气候突变事件在洛川黑木沟黄土剖面的孢粉记录中有没有反 映，这种气候突变事件的发生对气候变化产生了什么样的影响? 以及青藏高原的高温大降 水事件在多大程度上影响了该地区的气候变化? 首都师范大学硕士学位论文 第二章研究背景 2 1 末次冰期的时间界定和划分 一般地，末次冰期在时间尺度上的划分常与深海氧同位素期相比较，而洛川黄土较准 确的测年把黄土一古土壤系列与深海氧同位素系列更好的对应了起来【3 2 】。 s h a c k l e t o ne t a 1 通过对太平洋v 2 8 2 3 8 孔底栖和浮游有孔虫氧同位素的测定，确定了几十万年以来气候 发展的氧同位素阶段，其中第二、三、四阶段( 即m i s 2 、m i s 3 、m i s 4 ) 对应于末次冰期。 s p e c m a p 曲线记录的末次冰期为7 5 一1 5k ab p ，2 阶段为末次冰期的冰盛期，记录了末次冰 期的最冷时段( 2 0k ab p ) ，3 阶段为末次冰期的弱暖期，4 阶段是末次冰期的早冰阶。 南极v o s t o k 冰芯记录中的末次冰期为7 3 1 3k ab p ，即3 0 1 3k ab p ，3 0 5 8k ab p 和 7 3 5 8k ab p 三个阶段。古里雅冰芯记录的青藏高原末次冰期为7 5 一1 5k ab p ，这与s p e c 姒p 曲线记录的末次冰期时间是一致的，但是青藏高原末次冰期的时间段为3 2 1 5k ab p ，5 8 3 2 k a b p ，7 5 5 8 k ab p 。据古里雅冰芯6 1 8 0 记录和按a be r g e r 重建的长时期日射变化，m i s 3 阶段在中低纬度实际可分为早、中、晚三段，3 c 、3b 与3a ，c 和a 为高日射暖期，b 为 低闩射冷期。【3 2 】康建成和李吉均根据甘肃临夏黄土剖面的测年结果，将末次冰期分为8 8 5 4 k ab p 的早期冰段，5 4 2 6k ab p 的间冰段，2 6 一1 0k ab p 的晚期冰段。 关于马兰黄土底界年龄即马兰黄土起始堆积时间目前在国内尚无定论，李虎侯( 1 9 8 6 ) 主张不晚于1 0 0 k ab p ，刘东生( 1 9 8 5 ) 提出了9 5 k ab p 的看法，卢演俦( 1 9 8 7 ) 对北京斋 堂马兰黄土的粗颗粒石英做了热释光测年，认为马兰黄土大约是在8 5 k ab p 前开始堆积， 苏志珠( 1 9 9 4 ) 认为陕北黄土高原北部马兰黄土堆积时间为8 5 k ab p 。 2 2 末次冰期的气候变化 2 2 1 气候变化的基本模式 施雅风等吲将1 0 0 k ab p 以来我国古里雅冰芯氧同位素记录与海洋氧同位素记录的气 候旋回进行了对比( 图1 ) ，从曲线上我们看出末次冰期我国干旱、半干旱地区的气候可以 概括为具有一分为三的特点，分别对应于2 、3 、4 阶段，大体上表现为始冰阶和盛冰阶的 干冷期及问冰阶的温湿期。 首都师范大学硕士学位论文 耋 ；蛳 图1 我国古里雅冰芯氧同位素记录( a ) 与海洋氧同位素s p e c m a p 记录( b ) 1 0 0 k ab p 以来气候旋回对比( a ) 中的8 、 b 和c 分别为海洋氧同位素第3 阶段的晚、中和早3 期( 据施雅风等) 2 2 1 1 末次冰期最盛期的气候变化 2 5 一1 5 k ab p 的末次冰期最盛期是距今最近的一次全球性大规模冰川作用时期，尤其是 北半球，气温明显下降。f 3 4 】随着全球气温降低，加上青藏高原的进一步隆升，使我国大陆 的大陆度增加，西伯利亚一蒙古高压增强前伸，西南和东南季风减弱、萎缩，气候极为寒 冷干燥，我国水平生物气候带大幅度南迁，此时陕北黄土高原北部主要位于冷高压控制下 和反气旋的运行路径上，出现的是干冷多西北风的干旱荒漠、干旱荒漠草原及半干旱干草 原生物气候带。甘肃i 临夏盆地塬堡剖面的花粉记录显示，大约2 3 一1 5k ab p 的花粉组合以 针叶树种花粉为主，植被类型为暗针叶林，说明气候冷湿，是该地区更新世气候最严酷的 时期。若尔盖r m 孔记录的2 5 1 7k ab p 植被类型主要是高山和亚高山草甸，也说明了当 时的气候是寒冷干燥的。于革根据花粉植被对1 8k ab p 欧亚大陆植被模拟的成果综合 分析认为，广大的欧亚中纬度地带为大片的草原和荒漠植被，在大陆西岸欧洲平原取代了 现在的针阔混交林，在大陆东岸的我国华北平原取代了温带落叶阔叶林。 在束次冰期盛冰阶时期，全球海平面下降约1 2 0 m ，中国东部海岸线东退至台湾、硫球 一带，白令陆桥出露地表，成为亚洲与美洲之间生物与人类迁移的通道，澳大利亚内陆湖 泊干枯( d e c k k e r ，1 9 8 6 ) ，这一次全球性的降温导致了海平面的大幅下降和亚洲腹地的干 盐湖事件，孙镇城等 3 6 】认为是冰期分别在海洋和大陆湖泊两者之中的不同记录，实为异曲 同工。所谓干盐湖事件是指，在末次冰期时期全球海平面下降，两极冰盖扩展，近三分之 一的陆地覆盖着冰雪，全球内陆干寒地区的许多湖泊干枯。( 张保珍等，1 9 9 5 ) 一7 一 首都师范大学硕上学位论文 2 2 1 2 l i s 3 阶段的气候变化 距今5 5 2 5k ab p 的深海氧同位素第3 阶段是末次冰期中一个特殊时期，其古环境格 局介于末次冰盛期和全新世适宜期之间，许多特征与现在十分类似。【3 7 】此时，中国大陆 黄土一古土壤序列的磁化率较之末次冰期的其他时段均有不同程度的增加【2 0 1 ，可以粗略的 认为是黄土高原改善的标志之一。对于中国北方，这一时期，许多湖面为高湖面，同时又 存在程度不同的气候不稳定变化事件，此时沙漠的分布也更接近于现代，这些现象表明深 海氧同位素第3 阶段( m i s 3 ) 可能是现代气候的一个相似型。深海氧同位素曲线表明，在 m i s 3 全球的气温较m i s 2 和m i s 4 均有升高，但是上升幅度很小。同时格陵兰冰芯氧同位素 曲线、北大西洋富有有孔虫的丰度变化曲线、南极东方冰芯的古温度曲线、英国和北美东 部甲虫化石记录的7 月平均气温曲线以及以色列呼拉盆地的孢粉曲线均显示末次冰期中， 全球气温的峰值出现在m i s 3 c ，m i s 3a 的气温增加较弱。【3 8 】在洛川马兰黄土中，盛冰阶和 始冰阶时期年平均温度在o 左右，年平均降水量在2 0 0 m 以下，在间冰阶时期年平均温 度在3 左右，年平均降水量在2 6 0 m 左右。【8 】 i m b r i e 等认为在相当于m i s 3 a 的4 0 一3 0 k ab p ，全球气候是处于于弱暖期的，而青藏 高原此时却表现得异常温湿，达到间冰期程度，施雅风等称之为“特强夏季风事件”【3 9 】或 “高温大降水事件” 4 0 1 。施雅风等4 1 1 根据已发表的冰芯、湖泊沉积、孢粉与古生物、黄 土与沙漠地区古土壤、石灰岩洞穴中石笋、古河道沉积、滨海地区海洋沉积等7 种记录分 析认为：4 0 一3 0 k ab p 的北方半干燥、半湿润区，封闭的和开放的湖泊范围比现在大得多， 虽然不能确切地说出其面积，但针、阔叶混交林和部分地区的针叶林覆盖面积远大于现代 并向西北和北方草原区伸展，少数地点重建的降水量比现在多1 0 0 i i 】i n 至4 0 0 m 不等，降水 增加标志着夏季风的增强，重建的温度也接近于现代。对于青藏高原此时出现的气候异常 温湿现象，许多研究者持有异议：李玉梅，刘东生等通过对大荔地区甜水沟和坦雷剖面的 研究，认为“高温大降水事件”是中国大陆有别于全球的区域特征，但是对于它的影响范 围和强度至今还未确定。另有学者认为，如果全新世是确定气候暖湿冷干的参照系的话， 那么末次冰期至少在黄土高原西部不存在施雅风先生所说的“高温大降水事件”【4 2 1 。苏志 珠掣删认为，大约在4 0 k ab p 前后和2 4 k ab p 前后，陕北黄土高原北部的黄土丘陵地区普 遍发育了古土壤，是末次冰期间冰段温凉偏湿气候条件的产物。据对黄土高原末次冰期冰 盛期前间冰段的自然环境研究表明( 李吉均，1 9 9 0 ) ，当时黄土高原气温虽然较低，但湿度 相当大，因而有利于森林生长，主要是含大量针叶林( 云杉、冷杉) 的针阔混交林或森林 r 首都师范大学硕士学位论文 草原环境，沟谷洼地形成湖沼相沉积。同期，内蒙古岱海盆地在2 56 9 0 12 4 0 ab p 是以 桦树为主的针叶阔叶落叶混交林的森林草原，气候温和偏湿( 王苏民等，1 9 9 0 ) 。华北平 原距今4 4 2 4 k ab p 前进入高海面阶段，称沧州海侵( 林景星，1 9 7 7 ) 。总之根据这些研究 者的研究成果可以看出：此阶段为温凉偏湿气候，至少在我国北方具有普遍意义。 m i s 3 b 在古里雅冰芯记录表现为比现代温度低5 的冷期，与m i s 3a 、m i s 3 c 温度高 出现代4 和3 的情况迥然相反。【删并且施雅风等认为古丽雅冰芯所示的m i s 3 气候变 化不是局部的区域现象，而是涉及广大中低纬度的全球现象。 2 2 1 2m i s 4 阶段的气候变化 相当于深海氧同位素4 阶段的马兰黄土是末次冰期早期的黄土堆积，气候干旱多风， 这同李虎侯先生( 1 9 8 6 ) 研究洛川剖面得出6 0 k ab p 前后是黄土又一个快速堆积期的结论 相吻合。 2 2 2 短尺度气候突变事件 自格陵兰冰芯的氧同位素曲线发表以来，有关“轨道”以下尺度( 即千年级) 气候变 化历史的研究工作在全球范围内已经做了很多，这些工作较为一致地证明了尽管不同区域 内短尺度气候变化的特点不一定相互一致，但冰期气候的不稳定性现象还是普遍存在的。 末次冰期发生的一系列持续数百年至几千年的快速冷暖交替的气候突变，通常被称为d _ o 暖事件和h e n i n r i c h 冷事件，黄土不仅记录了由轨道变化引起的气候事件，同时它的分辨 率具有记录突变事件的能力，并且冰芯记录表明这些气候突变事件具有全球性的意义【4 5 】。 同时在高分辨率的中国黄土地层中发现的百年到千年尺度气候不稳定性记录还可以与北 大西洋地区的气候记录相对比，并且黄土记录中发生于末次冰期的极端气候变化与北大西 洋深海沉积物、格陵兰冰芯还有一定的差别。 4 印这些气候事件多数发生在黄土与古土壤的 交界处，但是却不能用米兰科维奇理论直接解释， 4 7 坨们的发现使人们加深了对气候系统 不稳定性的认识，并提出了一系列的重要科学问题，其中有关短周期气候变化的发生及其 机制是科学家关注的焦点，目前存在“北大西洋中心论”和“赤道中心论”两种解释。 d o 旋回 d o 暖事件最早从格陵兰c 姗pc e l l t u r y 冰芯纪录中发现的，并不清楚这些气候突变 事件是否反映了北极气候的剧变或局地作用还是冰芯中的冰层扰动，直到全球其他地区广 泛发现这些气候事件存在不同纪录中后，才被解释为末次冰期中的更暖间期【4 甜。d a n s 鼬a r d e ta 1 在格陵兰g r i p 冰芯中1 1 5 1 4 k abp 时间内明确的划分出了2 4 次暖事件，其特征是 0 首都师范大学硕上学位论史 冰芯记录中的61 8 0 值快速上升至高值并持续数百年至上千年的时间【4 9 】。l a n ge ta 1 对 g r p 冰芯中7 0 k abp 的第1 9 个d o 暖事件进行了研究，发现格陵兰冰穹顶部当时发生 了1 6 的快速温度变化，这也是进入末次冰期后第一个大的气候突变事l 牛【4 趴。而一般d o 暖事件年平均气温的变化幅度在5 8 之间，每一个暖期之后紧接着一个冷期，并以1 3k a 为周期，即所谓d a i l s g a a r d - 0 e s c h g e r 旋回，每个旋回的开始只需数十年甚至更少的时间， 持续数百年至2k a ，平均持续约1 5k a 。北大西洋区域深海沉积物也记录到了与气候效 应相应的海表面气温( s s t ) ，冰山外泄过程和温盐环流等异常变化。 h e i n r i c h 事件 h e i n r i c h 事件是h a r t m u th e i n r i c h l 9 8 8 年发现的末次冰期北大西洋共发生6 次大规模 的冰川漂移事件，代表大规模冰山涌进的气候反馈效应产生的快速变冷事件，其大约时代 依次分别为1 6 8 k ab p ，2 4 1 k a b p ，3 0 1 k a b p ，3 9 9 k a b p ，4 6 k b p 和6 6 k a b p ( 王有清，2 0 0 2 ) 。 根据格陵兰g i s p 2 冰芯记录中几次大的h e i n r i c h 事件使气温在末次冰期的背景下又下降 了3 6 ，这些事件的间隔为5 、1 0 和2 0 k a 左右，发生在d 0 旋回中的最冷期，代表上一次 的旋回的结束，随后的变暖又代表新的旋回的开始，这说明h e i n r i c h 事件与n _ o 旋回并不 是两个孤立的气候演变过程【5 0 1 。低纬度古里雅冰芯对这些事件有很强的记录，姚檀栋等对 古里雅冰芯及格陵兰g i s p 2 冰芯末次间冰期以来的记录作了详细比较，发现在冰阶间冰阶 时间尺度背景下有类似的冷暖气候波动事件，与g i s p 2 冰芯记录中前5 次h e i n r i c h 事件的 记录对比均是以格陵兰的气候变冷早于青藏高原的气候变冷。 最近对中国黄土的研究也发现在末次冰期具有冬季风气候指示意义的粒度、碳酸钙含 量变化曲线与北大西洋深海沉积物记录的h e i 觚c h 事件有很好的对应( p o n a n d a n ，l9 9 5 ： 鹿化煜、周杰，19 9 6 1 。对美国佛罗里达湖泊沉积孢粉记录的研究也发现有对应于h e i 埘c h 变冷事件的记录。郭正堂等对洛川、宜川以及渭南黄土剖面吉风化其强度进行研究认为在 l l 中记录的6 个冷事件与北大西洋h e i l l r i c h 事件相当。该事件广泛存在于我国北方黄土， 青藏高原冰心和南方石笋记录中，说明这种时间跨度为几百年或上千年的气候快速波动不 是局部现象。但是h e i l l r i c h 事件发生的原因目前仍然在争议中，其对东亚季风区影响的机 制更不清楚。 y o u n g e rd r y a s 事件 末次冰期在向全新世的转换过程中( 即冰消期) ，被一个快速的冷事件打断，即所谓的 y o u n g e rd r y a s ( y d ，又称新仙木女事件) 事件，与h e i n r i c h 事件极为相似，也被认为是末次 一1 0 首都师范大学硕士学位论文 冰期最后一次h e i n r i c h 事件，其日历年代界限于1 2 9 1 1 5 k a b p ，冷峰出现在1 2 2 k a b p 左 右 5 1 1 ，且y d 事件由于其所处的特殊的界限成为古气候研究中的热点问题。新仙女木事件 大致发生于1 l 一1 2k ab p ，是末次冰期向冰后期过渡的最后一次短暂气候变冷事件。这一 事件在南极冰盖、我国南海、苏禄海等地均有反映【5 2 】。 北大西洋介予村段家阳郭 蠡 m 鞋 粗粒含量( )中值粒径( u m ) 大于2 0u m 粒径( )c a c 0 3 含量( ) 图2 北大西洋与黄土高原末次冰期古气候记录对比 2 3 国内外对末次冰期的研究进展 2 3 1 极地冰芯、深海沉积与黄土的对比研究 李吉均等认为几十万年来极地冰芯、黄土、深海沉积记录在千年尺度上有很好的对比 性，而极地冰芯、深海沉积和黄土被认为是过去全球变化的三大良好载体。在末次冰期早 晚冰段，冰盖大规模扩展，海面大幅度下降，大陆区沙漠扩展，形成厚层黄土堆积；从深 海沉积的研究看，末次冰期晚期海面下降幅度大于早期，但是海面温度在这个时期是相近 的( m a r t i n s o ne ta 1 ，1 9