古尔班通古特沙漠南缘风沙沉积记录的中晚全新世气候变化

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00057

摘要/Abstract

摘要：

古尔班通古特沙漠是中国受西风环流影响最明显、面积最大的固定半固定沙漠，但全新世以来沙漠风沙活动的时空变化特征及其成因尚存争议。选取沙漠南部边缘两处沙丘（沙垄）剖面加密采样，进行光释光测年和砂样粒度组分测试，基于光释光年龄概率密度分析和风积物粒度端元分析，综合提取风积序列光释光年代和粒度参数记录的风沙气候变化信息。结果表明：（1）从风积物粒度端元组分提取的敏感组分是区域风沙活动信息的重要气候代用指标，近源搬运的粗组分主要反映沙丘尺度的风沙活动信号，远源输送的细组分反映沙漠尺度的风沙活动信号；（2）上风边缘高输沙势地区的风积序列较多记录了沙丘尺度风沙活动信号，而下风低输沙势地区的风积序列较多记录了沙漠尺度的风沙活动信号；（3）全新世中晚期以来，研究区风沙活动强度变化可划分为5.0~3.5、3.5~1.8、1.8 ka BP至今3个阶段，风沙活动的区域性和阶段性特征是北半球西风环流变化、气候干湿变化以及局地尺度风动力、砂物质来源、植被覆盖等因素综合作用的结果。

关键词: 风沙沉积序列, OSL年龄概率密度, 粒度端元分析, 中晚全新世, 古尔班通古特沙漠

Abstract:

The Gurbantunggut Desert is the largest fixed and semi-fixed desert in China which is affected by the westerly circulation most obviously. However， the spatio-temporal characteristics and causes of desert aeolian sand activities since the Holocene are still controversial. Therefore， we selected two sand dunes （sand ridges） profiles at the southern edge of the desert， sampled and measured optically stimulated luminescence （OSL） age and grain size composition of sand samples. Based on the probability density analysis of OSL ages and the end-member analysis of aeolian grain size， the information of aeolian climate changes recorded by OSL ages and grain size parameters was extracted comprehensively. The results show that：（1） The sensitive components extracted from the grain size end-member components of aeolian deposits are important climatic proxies for regional sand activity information. The coarse components transported from near sources reflect the aeolian activities signal at the dune scale， and the fine components transported from far sources reflect the aeolian activities signal at the desert scale. （2） The aeolian sand activity signals at dune scale were mostly recorded by the sand deposition in the upwind edge area with high sand drift potential， while the aeolian sand activity signals at desert scale were mostly recorded by the sand deposition in the downwind area with low sand drift potential. （3） Since the middle and late Holocene， the intensity of aeolian sand activity in the study area can be divided into three stages： 5.0-3.5 ka， 3.5-1.8 ka BP and 1.8 ka BP. The regional and periodic characteristics of aeolian sand activity were the results of the combined effects of westerly circulation changes in the Northern Hemisphere， arid and humid changes of climate， local-scale wind power， sand source， vegetation coverage and other factors.

Key words: sand deposition sequence, OSL age probability density, grain size end-member analysis, mid-late Holocene, Gurbantunggut Desert

中图分类号:

P631

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图/表 10

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前人研究	研究对象	测年方法	结论
陈惠中等^[28]	古尔班通古特沙漠西南部沙垄剖面	¹⁴C、TL	剖面沉积序列反映了全新世以来气候变化特征与中国东部季风区沙区一致
Li等^[29]	古尔班通古特沙漠南部线形沙丘和丘间地钻孔风积物	OSL	认为全新世以来研究区风沙活动主要受西风环流的影响
Lu等^[30]、	古尔班通古特沙漠风积序列	OSL	在全新世大暖期，古尔班通古特沙漠分布范围大幅缩小，与整个中国北方沙漠/沙地分布范围的变化趋势一致
东丽娜等^[31]	古尔班通古特沙漠风积序列	OSL	在全新世大暖期，古尔班通古特沙漠分布范围大幅缩小，与整个中国北方沙漠/沙地分布范围的变化趋势一致
Ji等^[32]	巴里坤盆地风成沉积序列	OSL	全新世以来新疆北部风沙活动总体反映了西风气流影响下的气候变化规律
徐宇杰等^[33]	古尔班通古特沙漠及周边多个风积、黄土古土壤序列	OSL	全新世以来新疆北部风沙活动总体反映了西风气流影响下的气候变化规律

前人研究	研究对象	测年方法	结论
陈惠中等^[28]	古尔班通古特沙漠西南部沙垄剖面	¹⁴C、TL	剖面沉积序列反映了全新世以来气候变化特征与中国东部季风区沙区一致
Li等^[29]	古尔班通古特沙漠南部线形沙丘和丘间地钻孔风积物	OSL	认为全新世以来研究区风沙活动主要受西风环流的影响
Lu等^[30]、	古尔班通古特沙漠风积序列	OSL	在全新世大暖期，古尔班通古特沙漠分布范围大幅缩小，与整个中国北方沙漠/沙地分布范围的变化趋势一致
东丽娜等^[31]	古尔班通古特沙漠风积序列	OSL	在全新世大暖期，古尔班通古特沙漠分布范围大幅缩小，与整个中国北方沙漠/沙地分布范围的变化趋势一致
Ji等^[32]	巴里坤盆地风成沉积序列	OSL	全新世以来新疆北部风沙活动总体反映了西风气流影响下的气候变化规律
徐宇杰等^[33]	古尔班通古特沙漠及周边多个风积、黄土古土壤序列	OSL	全新世以来新疆北部风沙活动总体反映了西风气流影响下的气候变化规律

沙丘类型		野外编号	埋深 /m	测片数	U /（mg·kg^-1）	Th /（mg·kg^-1）	K /%	D /(Gy·ka^-1)	De_MAM /Gy	Age_MAM /ka	De_CAM /Gy	Age_CAM /ka	De_AVG /Gy	Age_AVG /ka
新月形沙丘链	丘顶	MT-01	0.6	38	1.43±0.02	5.17±0.07	2.04±0.02	2.78±0.12	0.26±0.02	0.09±0.01	0.41±0.03	0.15±0.01	0.44±0.03	0.16±0.01
		MT-02	1.5	28	1.57±0.02	4.64±0.03	2.01±0.02	2.72±0.12	4.97±0.3	1.82±0.13	5.75±0.17	2.11±0.11	5.79±0.17	2.13±0.11
		MT-03	3.6	26	1.33±0.01	4.71±0.02	1.92±0.02	2.55±0.11	5.40±0.3	2.11±0.15	5.95±0.17	2.33±0.12	5.98±0.18	2.34±0.12
	背风坡	ML-01	2.5	27	1.36±0.04	4.22±0.06	2.16±0.02	2.78±0.12	6.47±0.33	2.33±0.16	6.68±0.19	2.40±0.12	6.71±0.20	2.41±0.13
		ML-02	2.5	24	1.45±0.05	4.88±0.12	2.17±0.02	2.85±0.12	5.89±0.16	2.07±0.11	5.99±0.28	2.10±0.13	5.99±0.15	2.10±0.10
		ML-03	2.5	29	1.37±0.04	4.49±0.07	2.19±0.02	2.83±0.12	5.83±0.13	2.06±0.10	5.93±0.12	2.10±0.10	5.78±0.12	2.04±0.10
线形沙丘（沙垄）	丘顶	WT01	1	27	1.78±0.04	5.98±0.06	1.95±0.02	2.83±0.12	6.6±0.26	2.33±0.13	6.63±0.13	2.34±0.11	6.62±0.13	2.34±0.11
		WT02	1.5	26	1.88±0.02	8.26±0.07	1.82±0.01	2.87±0.12	5.97±0.24	2.08±0.12	5.99±0.14	2.09±0.10	5.97±0.14	2.08±0.10
		WT03	2	28	1.58±0.02	5.78±0.04	1.96±0.01	2.76±0.12	6.40±0.38	2.32±0.17	7.13±0.23	2.59±0.14	7.19±0.24	2.61±0.14
		WT04	2.5	25	1.46±0.02	6.71±0.03	1.91±0.02	2.73±0.11	10.35±0.6	3.79±0.27	11.26±0.34	4.13±0.21	11.31±0.36	4.14±0.22
		WT05	3	29	1.23±0.02	5.19±0.03	1.9±0.01	2.56±0.11	9.93±0.56	3.88±0.27	10.68±0.27	4.18±0.21	10.71±0.28	4.19±0.21
		WT06	3.5	29	1.32±0.02	8.25±0.07	1.89±0.02	2.76±0.12	8.17±0.59	2.96±0.25	9.68±0.4	3.51±0.21	9.83±0.45	3.56±0.22
		WT07	4	24	1.30±0.01	5.59±0.04	2.03±0.02	2.7±0.12	11.7±0.71	4.33±0.32	12.74±0.44	4.71±0.26	12.84±0.47	4.75±0.27

沙丘类型		野外编号	埋深 /m	测片数	U /（mg·kg^-1）	Th /（mg·kg^-1）	K /%	D /(Gy·ka^-1)	De_MAM /Gy	Age_MAM /ka	De_CAM /Gy	Age_CAM /ka	De_AVG /Gy	Age_AVG /ka
新月形沙丘链	丘顶	MT-01	0.6	38	1.43±0.02	5.17±0.07	2.04±0.02	2.78±0.12	0.26±0.02	0.09±0.01	0.41±0.03	0.15±0.01	0.44±0.03	0.16±0.01
		MT-02	1.5	28	1.57±0.02	4.64±0.03	2.01±0.02	2.72±0.12	4.97±0.3	1.82±0.13	5.75±0.17	2.11±0.11	5.79±0.17	2.13±0.11
		MT-03	3.6	26	1.33±0.01	4.71±0.02	1.92±0.02	2.55±0.11	5.40±0.3	2.11±0.15	5.95±0.17	2.33±0.12	5.98±0.18	2.34±0.12
	背风坡	ML-01	2.5	27	1.36±0.04	4.22±0.06	2.16±0.02	2.78±0.12	6.47±0.33	2.33±0.16	6.68±0.19	2.40±0.12	6.71±0.20	2.41±0.13
		ML-02	2.5	24	1.45±0.05	4.88±0.12	2.17±0.02	2.85±0.12	5.89±0.16	2.07±0.11	5.99±0.28	2.10±0.13	5.99±0.15	2.10±0.10
		ML-03	2.5	29	1.37±0.04	4.49±0.07	2.19±0.02	2.83±0.12	5.83±0.13	2.06±0.10	5.93±0.12	2.10±0.10	5.78±0.12	2.04±0.10
线形沙丘（沙垄）	丘顶	WT01	1	27	1.78±0.04	5.98±0.06	1.95±0.02	2.83±0.12	6.6±0.26	2.33±0.13	6.63±0.13	2.34±0.11	6.62±0.13	2.34±0.11
		WT02	1.5	26	1.88±0.02	8.26±0.07	1.82±0.01	2.87±0.12	5.97±0.24	2.08±0.12	5.99±0.14	2.09±0.10	5.97±0.14	2.08±0.10
		WT03	2	28	1.58±0.02	5.78±0.04	1.96±0.01	2.76±0.12	6.40±0.38	2.32±0.17	7.13±0.23	2.59±0.14	7.19±0.24	2.61±0.14
		WT04	2.5	25	1.46±0.02	6.71±0.03	1.91±0.02	2.73±0.11	10.35±0.6	3.79±0.27	11.26±0.34	4.13±0.21	11.31±0.36	4.14±0.22
		WT05	3	29	1.23±0.02	5.19±0.03	1.9±0.01	2.56±0.11	9.93±0.56	3.88±0.27	10.68±0.27	4.18±0.21	10.71±0.28	4.19±0.21
		WT06	3.5	29	1.32±0.02	8.25±0.07	1.89±0.02	2.76±0.12	8.17±0.59	2.96±0.25	9.68±0.4	3.51±0.21	9.83±0.45	3.56±0.22
		WT07	4	24	1.30±0.01	5.59±0.04	2.03±0.02	2.7±0.12	11.7±0.71	4.33±0.32	12.74±0.44	4.71±0.26	12.84±0.47	4.75±0.27

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