img

官方微信

高级检索

中国沙漠, 2023, 43(2): 11-20 doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00103

青藏高原东北部全新世常量元素地球化学特征及环境演变

胡梦珺,, 庄静, 孙文丽, 郑登友, 吉天琪, 许澳康

西北师范大学 地理与环境科学学院,甘肃 兰州 730070

Geochemical characteristics of major elements and environmental evolution in the Holocene in the northeastern Tibetan Plateau

Hu Mengjun,, Zhuang Jing, Sun Wenli, Zheng Dengyou, Ji Tianqi, Xu Aokang

College of Geography and Environmental Science,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,China

收稿日期: 2022-04-20   修回日期: 2022-07-07  

基金资助: 国家自然科学基金项目.  41171018.  41161036

Received: 2022-04-20   Revised: 2022-07-07  

作者简介 About authors

胡梦珺(1974—),女,甘肃庆阳人,博士,副教授,主要研究方向为寒旱区环境演变与元素地球化学E-mail:lele200466@163.com , E-mail:lele200466@163.com

摘要

对青藏高原东北部风成砂-古土壤序列泽库剖面(ZK剖面)常量元素氧化物含量及其比值进行分析,结合14C测年,揭示其常量元素地球化学特征,探讨了青藏高原东北部全新世环境演变。结果表明:(1)剖面沉积物的化学组成以SiO2、Al2O3、CaO为主,其中SiO2和CaO的标准差较高,对气候变化较为敏感。(2)自剖面底部向上SiO2含量和残积系数呈现先减少后增加的趋势,高值指示冷干的气候意义,CaO含量和退碱系数则相反,高值指示温湿的气候意义。(3)9.4 ka BP以来青藏高原东北部的气候经历了由温湿向冷干的转变过程,可划分为9.4~4.2 ka BP气候温湿期和4.2 ka BP至今气候冷干期;其中在6.6~6.2 ka BP、2.4~2.0 ka BP和1.7~1.5 ka BP存在次一级的气候波动。

关键词: 常量元素 ; 全新世 ; 环境演变 ; 青藏高原东北部

Abstract

Based on the analysis of the content and ratio of major element oxides from the aeolian sand-paleosoil sequence of Zeku profile in the northeastern Tibetan Plateau, combined with 14C dating, the geochemical characteristics of major elements of Zeku profile are revealed, and the environmental evolution in the Holocene in the northeastern Tibetan Plateau is discussed. The results show that: (1) The chemical composition of the sediment is mainly SiO2, Al2O3 and CaO, of which the standard deviation of SiO2 and CaO is higher and more sensitive to climate change. (2) From the bottom to the top of the profile, the contents of SiO2 and Ki decrease first and then increase, and the high values indicate a cold and dry climate, while the contents of CaO and W are opposite, and the high values indicate a warm and wet climate. (3) Since 9.4 ka BP, the climate of the northeastern Tibetan Plateau has undergone a transition from warm and wet to cold and dry, which can be divided into two stages: the warm and wet stage from 9.4 ka BP to 4.2 ka BP, and the cold and dry stage from 4.2 ka BP to now. There are sub-level climatic fluctuations in 6.6-6.2 ka BP, 2.4-2.0 ka BP and 1.7-1.5 ka BP.

Keywords: major element ; Holocene ; environmental evolution ; northeastern Tibetan Plateau

PDF (1316KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

胡梦珺, 庄静, 孙文丽, 郑登友, 吉天琪, 许澳康. 青藏高原东北部全新世常量元素地球化学特征及环境演变. 中国沙漠[J], 2023, 43(2): 11-20 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00103

Hu Mengjun, Zhuang Jing, Sun Wenli, Zheng Dengyou, Ji Tianqi, Xu Aokang. Geochemical characteristics of major elements and environmental evolution in the Holocene in the northeastern Tibetan Plateau. Journal of Desert Research[J], 2023, 43(2): 11-20 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00103

0 引言

青藏高原东北部位于亚洲季风区西北缘,受季风环流和西风环流的共同影响1-2,对气候变化极其敏感,特殊的地理背景使其成为研究气候变化的理想场所。全新世是人类文明发展的重要地质历史时期,与现代人类关系密切,对该时期气候环境演变的研究已经成为古气候研究的热点。研究表明,全新世的气候变化不稳定且存在周期性的气候波动3-4。因此,研究全新世的气候环境演变,对于认识当前的气候变化和预测未来的气候变化具有重要意义。近几十年来,众多学者利用粒度、磁化率、元素和孢粉等多项气候代用指标分别对共和盆地5-7、青海湖盆地8-11和柴达木盆地12-14不同类型沉积物进行了研究,重建了青藏高原东北部全新世千年尺度的气候变化过程。然而,由于气候代用指标和测年结果的差异性,青藏高原东北部全新世以来的气候变化仍然存在一定的争议性,如共和盆地风成沉积微量元素记录的青藏高原东北部9.2~4.6 ka BP气候相对冷干,4.6~0.7 ka BP气候相对暖湿15;而青海湖湖东沙地风成沉积粒度和磁化率记录的青藏高原东北部9.0~4.2 ka BP水热组合条件较好,成壤作用较强,4.2 ka BP之后风沙活动增强,气候向干冷发展16。可见,利用不同的气候代用指标研究青藏高原东北部全新世的气候环境演变在千年尺度上仍存在较大的差异。因此,仍需对青藏高原东北部全新世的气候变化开展研究,为其提供补充资料。本文选取青藏高原东北部风成砂-古土壤序列泽库剖面(ZK剖面)为研究对象,通过对剖面沉积物常量元素的地球化学特征进行分析,结合14C测年,对区域全新世千年尺度的气候环境演变进行进一步研究。

1 研究区概况

泽库县(34°45′—35°32′N,100°34′—102°08′E)位于青藏高原东北部,隶属于青海省黄南藏族自治州(图1)。地处昆仑山系西倾山北麓,全境东西较狭长,地势由东向西倾斜,境内大部分地区在海拔大于3 500 m。泽库县属高原大陆性季风气候,夏季短促凉爽,冬季漫长干冷、多大风。年均气温-2.4~2.8 ℃,年均降水量460 mm,年均蒸发量1 325.8 mm,年均日照时数2 566~2 675 h。水资源较为丰富,境内有主要河流13条,其中泽曲河属县内最大河流,最后汇入黄河。植被以高寒草甸为主,土壤类型多样,以高山草甸土、高山灌丛草甸土、山地草甸土和沼泽土为主。

图1

图1   研究区

Fig.1   Location of the studied area


2 数据来源与研究方法

2.1 剖面概况与采样方法

ZK剖面(35°19′N,100°54′E)为青藏高原东北部一山间盆地新月形沙丘,海拔3 312.74 m,厚度338 cm。对ZK剖面进行高密度连续采样,按2 cm间隔共采集土壤样品169个,同时在剖面沉积质地明显差异处采集14C测年样品8个。根据野外观察剖面岩性特征及室内粒度分析,将ZK剖面划分为9层,具体形态特征描述如表1

表1   ZK剖面地层特征

Table 1  Stratigraphic characteristic of ZK profile

深度/cm地层特征描述
0~34表土层(ZK1)灰褐色粉砂-细砂,块状结构,稍紧实,多现代植物根系
34~73风成砂层(ZK2)暗灰色,稍紧实,可见植物根系
73~99弱砂质古土壤层(ZK3)暗褐色粉砂-细砂,块状结构,较紧实,可见少量植物根系
99~129风成砂层(ZK4)浅灰色,稍紧实
129~176弱砂质古土壤层(ZK5)暗褐色粉砂-细砂,块状结构,稍紧实,可见少量植物根系
176~213风成砂层(ZK6)灰黄色,稍紧实
213~267弱砂质古土壤层(ZK7)暗褐色粉砂-细砂,块状结构,稍紧实,可见少量菌丝体
267~282风成砂层(ZK8)暗灰色,稍紧实
282~338弱砂质古土壤层(ZK9)暗褐色粉砂-细砂,块状结构,稍紧实,可见少量菌丝体

新窗口打开| 下载CSV


2.2 测定方法

样品在室内自然风干、去除植物根系和杂质,称取风干样品5 g,用振动磨研磨至粒径200目以下。取研磨后样品,用半自动压样机压制成外径为32 mm、外侧加以硼酸固定的同心圆饼状标本,采用荷兰帕纳科公司生产的X-Ray荧光光谱仪进行常量元素含量测定(测定误差小于5%)。常量元素分析结果以氧化物形式给出,单位为%。常量元素测定在中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室完成。

年代测定在中国科学院地球环境研究所加速器质谱中心完成,测年结果如表2所列。依据上述测年结果,计算出ZK剖面的沉积速率,进而推算出129 cm处的年代约为2 002 a BP。

表2   ZK剖面 14C测年数据

Table 2  The data of 14C ages of the ZK profile

深度/cm样品编号δ13C/‰pMC/%14C年龄/a BP

校正年代

/a BP

δ13C误差(1σpMC误差(1σ14C年龄误差(1σ
30~34XA12698-25.580.1492.090.3666231664
73~75XA12699-24.680.0982.450.311 550301 513
99~103XA12700-24.640.0880.160.271 777271 709
171~176XA12701-24.520.0974.220.242 395262 461
213~218XA12702-24.790.0962.110.303 826394 290
262~267XA12703-25.880.1051.070.205 399316 277
282~286XA12704-24.940.0848.510.225 811366 665
332~337XA12705-26.160.0935.180.198 393439 480

新窗口打开| 下载CSV


3 ZK剖面常量元素地球化学特征及古气候意义

3.1 常量元素氧化物含量特征

常量元素的含量可以用来判定沉积物的物源及沉积环境等特征,对古气候环境具有指示意义17。ZK剖面常量元素氧化物含量的总体特征为(表3):SiO2、Al2O3、CaO含量较高,范围分别为63.73%~71.62%、9.44%~10.58%、3.49%~6.28%,平均值分别为67.85%、9.91%、4.59%;Fe2O3、Na2O、K2O、MgO次之,范围分别为2.92%~3.42%、2.27%~2.55%、1.77%~2.00%、1.00%~1.47%,平均值分别为3.13%、2.39%、1.90%、1.18%。全剖面中常量元素氧化物的平均含量呈现出SiO2>Al2O3>CaO>Fe2O3>Na2O>K2O>MgO的规律。ZK剖面中,SiO2(1.85%)和CaO(0.65%)的标准差较高,表明SiO2和CaO含量随气候波动变化明显,对气候变化敏感。

表3   ZK剖面常量元素氧化物含量(%

Table 3  Content of major element oxides of the ZK profile

氧化物地 层全剖面
ZK1ZK2ZK3ZK4ZK5ZK6ZK7ZK8ZK9平均值标准差变化范围
SiO268.9269.8369.3169.4268.6567.7665.7265.7166.2367.851.8563.73~71.62
Al2O39.729.929.909.7010.039.9410.069.899.909.910.279.44~10.58
Fe2O33.023.073.093.093.213.123.143.173.213.130.102.92~3.42
MgO1.081.091.101.071.171.191.301.261.241.180.111.00~1.47
CaO4.223.923.973.844.315.105.445.094.904.590.653.49~6.28
Na2O2.392.372.412.402.382.372.402.402.402.390.032.27~2.55
K2O1.871.921.901.861.921.911.911.891.901.900.051.77~2.00

新窗口打开| 下载CSV


从垂直方向上看(图2表3),ZK剖面常量元素氧化物含量随深度的变化特征为:SiO2含量自剖面底部向上呈现出波动性地先减少后增加的趋势;Na2O含量的波动变化相对较小;CaO含量自剖面底部向上呈现出波动性地先增加后减少的趋势;MgO、K2O、Al2O3、Fe2O3含量自剖面底部向上呈现出峰谷交替的变化趋势,峰值多出现在弱砂质古土壤层,谷值多出现在风成砂层。以深度213 cm为界,在深度213 cm以下SiO2含量的平均值(65.89%)低于深度213 cm以上SiO2含量的平均值(68.98%);Na2O(2.40%)、CaO(5.14%)、MgO(1.27%)、K2O(1.90%)、Al2O3(9.95%)、Fe2O3(3.17%)含量的平均值均高于深度213 cm以上Na2O(2.38%)、CaO(4.23%)、MgO(1.12%)、K2O(1.89%)、Al2O3(9.87%)、Fe2O3(3.10%)含量的平均值。

图2

图2   ZK剖面常量元素氧化物含量变化曲线

Fig.2   Variation of major element oxides content of the ZK profile


SiO2在风成砂层中含量(68.18%)较高,表现为相对富集,在弱砂质古土壤层中含量(67.48%)较低(表3);Na2O(2.40%)、CaO(4.66%)、MgO(1.20%)、K2O(1.91%)、Al2O3(9.97%)、Fe2O3(3.16%)则相反,在弱砂质古土壤层中含量较高,表现为相对富集,在风成砂层中Na2O(2.39%)、CaO(4.49%)、MgO(1.15%)、K2O(1.89%)、Al2O3(9.86%)、Fe2O3(3.11%)含量较低。

3.2 常量元素氧化物比值特征

由于化学风化过程中活动性元素的迁移淋失会造成稳定性元素浓度的相对增加,使得单个元素的绝对含量不能真实地反映风化成壤过程中元素的地球化学行为18。而地球化学元素综合参数可以克服单一元素对环境响应的不确定性19,能够更好地反映沉积物的化学风化程度和气候演变规律。本文选取了化学蚀变指数、钠钾比、硅铝比、残积系数和退碱系数对ZK剖面各地层沉积环境进一步深入分析(表4图3)。

表4   ZK剖面常量元素氧化物比值

Table 4  Ratio of major element oxides of the ZK profile

元素比值ZK1ZK2ZK3ZK4ZK5ZK6ZK7ZK8ZK9全剖面
范围均值
化学蚀变指数CIA49.5950.1249.8349.4450.3250.2050.2049.8449.8547.77~51.3949.98
Na2O/K2O1.941.881.931.961.881.891.921.941.921.77~2.191.91
Sa12.0511.9511.8812.1511.6311.5811.1011.2811.3510.46~12.7811.62
Ki0.810.860.850.860.820.740.710.730.750.65~0.930.79
W1.191.111.131.131.171.321.381.341.301.00~1.491.24

新窗口打开| 下载CSV


图3

图3   ZK剖面常量元素氧化物比值变化曲线

Fig.3   Variation of major element oxides ratio of the ZK profile


化学蚀变指数(CIA=Al2O3/(Al2O3+Na2O+CaO*+K2O)×100,CaO*为硅酸盐矿物中的CaO含量),反映沉积物的化学风化程度20,间接指示夏季风的强弱程度21CIA值越大,说明化学风化越强,指示夏季风增强的暖湿气候,反之,则指示冬季风增强的冷干气候。ZK剖面CIA值47.77~51.39,平均49.98,仅有个别地层的均值在50之上,说明ZK剖面整体化学风化速率较慢,风化程度较弱,气候总体冷干。剖面各层CIA平均值ZK5>ZK6=ZK7>ZK2>ZK9>ZK8>ZK3>ZK1>ZK4,呈现出相邻的上层古土壤高于下层古风成砂的特征(ZK3>ZK4、ZK5>ZK6、ZK7>ZK8),各层CIA值的差异表明在整体冷干的环境下,气候出现了多次冷暖干湿波动。

钠钾比(Na2O/K2O)是衡量样品中斜长石风化程度的指标,与沉积物的化学风化程度呈反比22,随化学风化程度的加深而减小。ZK剖面Na2O/K2O值为1.77~2.19,平均1.91,自剖面底部向上的变化趋势与CIA值相反,表明Na2O/K2O和CIA值指示相反的气候信息。剖面中Na2O/K2O在各层的平均值ZK4>ZK1=ZK8>ZK3>ZK7=ZK9>ZK6>ZK2=ZK5,呈现出相邻的上层古土壤低于下层古风成砂的特征(ZK4>ZK3、ZK6>ZK5、ZK8>ZK7),最高值出现在风成砂层(ZK4),说明ZK4形成时期的气候为全剖面最冷干时期。

硅铝比(Sa=SiO2/A12O3)反映沉积物的淋溶状况,可以作为亚洲冬季风强度的替代性指标23。随气温的升高和风化作用的加强而减小,比值减小,气候暖湿,反之,气候冷干。ZK剖面Sa值为10.46~12.78,平均11.62,自剖面底部向上呈现波动性的先减少后增加的趋势。剖面各层Sa平均值ZK4>ZK1>ZK2>ZK3>ZK5>ZK6>ZK9>ZK8>ZK7,总体风成砂层(11.74)高于古土壤层(11.49),说明风成砂形成时期水热组合状况不利于化学风化进行,风化程度较弱,气候冷干;剖面上部(11.87)高于剖面下部(11.24),反映剖面沉积时期冬季风逐渐增强。

残积系数(Ki=(A12O3+Fe2O3)/(CaO+MgO+Na2O))反映沉积物成壤强度24Ki值越高,说明稳定性元素Fe、Al相对富集,易溶性元素Ca、Mg、Na淋溶作用较强,反映风化作用程度越高,成壤作用越强。ZK剖面Ki值为0.65~0.93,平均0.79,自剖面底部向上呈现波动性的先减少后增加的趋势。剖面中Ki在各层的平均值变化为ZK2=ZK4>ZK3>ZK5>ZK1>ZK9>ZK6>ZK8>ZK7,总体风成砂层(0.80)高于古土壤层(0.78),剖面上部(0.82)高于剖面下部(0.73)。

退碱系数(W=(Na2O+CaO)/Al2O3)反映黄土风化成壤过程中Ca、Na等易溶性元素的淋溶迁移程度25,与风化成壤强度呈反比。高值指示冷干的沉积环境,低值指示暖湿的沉积环境26。ZK剖面W值为1.00~1.49,平均1.24,自剖面底部向上呈现波动性地先增加后减少的趋势,与Ki的变化趋势正好相反,表明其指示相反的气候信息。剖面中W在各层的平均值ZK7>ZK8>ZK6>ZK9>ZK1>ZK5>ZK3=ZK4>ZK2,总体风成砂层(1.23)低于古土壤层(1.24),剖面下部(1.34)高于剖面上部(1.18)。

3.3 常量元素氧化物及其比值古气候意义

在表生环境中,地化学元素的迁移淋失和富集,受气候、地形、风和元素自身理化性质等因素的影响27,元素的化学活动性K2O>Na2O>CaO>MgO>SiO2>Fe2O3>Al2O328。一般地,Si的化学性质相对稳定,在冷干的气候环境下,表现为相对富集,SiO2 含量的增减可视为气候干冷、暖湿的波动指标29。Al、Fe化学性质相似且比较稳定,不易迁移,在暖湿的气候条件下,Fe2O3、Al2O3富集,指示的气候意义与SiO2相反30。Ca、Mg属于碱土金属,活动性中等或较强,半湿润半干旱的过渡性气候有利于Ca、Mg的淋溶、迁移和富集31。K、Na是化学性质极为活泼的元素,在干旱的气候条件下容易富集,在暖湿的气候条件下容易淋溶迁移32

ZK剖面中,SiO2在风成砂层中含量较高,指示冷干气候;Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O含量变化基本一致,均在弱砂质古土壤层中含量较高,这可能是由剖面所在的特殊地貌位置所致。由于研究区所处的地形为山间盆地,且采样点位于盆地底部,受化学风化影响,盆地周围较高地貌部位的CaO、MgO、K2O、Na2O等活动性相对较强的元素淋失迁移聚集在盆地中,同时稳定性元素Al2O3、Fe2O3在暖湿的气候条件下也表现为相对富集,使得CaO、MgO、K2O、Na2O、Al2O3、Fe2O3均在弱砂质古土壤层中含量较高,指示暖湿的气候意义。整体上,ZK剖面中对气候变化敏感的示干型氧化物(SiO2)含量自剖面底部向上呈波动性地先减少后增加的趋势,示湿型氧化物(CaO)含量自剖面底部向上呈波动性地先增加后减少的趋势,表明ZK剖面的沉积环境总体上由温湿向冷干方向发展。

CIA值自剖面底部向上呈峰谷交替的变化趋势,峰值多出现在古土壤层,谷值多出现在风成砂层,表明其高值指示暖湿的气候意义;Na2O/K2O峰值多出现在风成砂层,谷值多出现在古土壤层,表明其高值指示冷干的气候意义。硅铝比(Sa)总体呈风成砂层高于古土壤层的特征,表明其高值指示冷干的气候意义。由于上述CaO、MgO、Na2O受特殊地貌位置影响,指示湿润的气候意义,即气候暖湿程度越高,其含量越高。因此,在ZK剖面中,残积系数(Ki)增大,说明气候干旱,风化成壤作用较弱,反之,则气候湿润,风化成壤作用较强;退碱系数(W)越大,说明气候越湿润,反之,则气候越干旱。由Ki最大值出现在风成砂层(ZK2、ZK4),最小值出现在弱砂质古土壤层(ZK7),总体呈风成砂层高于古土壤层的特征;W最大值出现在弱砂质古土壤层(ZK7),最小值出现在风成砂层(ZK2),总体呈风成砂层低于古土壤层的特征,也可证明Ki高值指示冷干气候,W高值指示暖湿气候。自剖面底部向上,高值示干的SaKi呈现波动性地先减少后增加的趋势,高值示湿的W呈现波动性地先增加后减少的趋势,说明ZK剖面的沉积环境总体上由温湿向冷干方向发展。

4 全新世以来青藏高原东北部的环境演变

根据ZK剖面常量元素氧化物含量及其比值变化特征所记录的环境信息,结合14C测年,将青藏高原东北部全新世以来的环境演变划分为以下两个阶段,期间存在次一级的气候波动:

阶段Ⅰ:9.4~4.2 ka BP(337~213 cm),气候温湿的固结成壤期。此阶段ZK剖面中高值示湿的CaO含量和退碱系数处在相对高值期,高值示干的SiO2含量和残积系数处在相对低值期,表明该时期气候整体温湿,夏季风较强,水热组合状况有利于化学风化进行,成壤作用较强。该时期温湿的气候特征与9.4~3.9 ka BP共和盆地温度和湿度增加,森林发育5;8.3~3.6 ka BP柴达木盆地东部气候湿润稳定14;9.0~4.2 ka BP青海湖盆地水热条件较好,发育古土壤,为全新世气候适宜期16;8.4~4.1 ka BP 是贵德盆地全新世土壤形成时期,气候暖湿33;4 ka BP前甘青地区气候温暖湿润,发育森林草原,盛行以种植业为主的马家窑文化34;8.8~3.3 ka BP新疆阿尔泰山双湖水生植被发育,气候湿润35;8.4~4.0 ka BP萨拉乌苏河流域进入全新世大暖期36;9.1~4.4 ka BP铜川地区气候温暖湿润37相一致,说明该时期泽库剖面记录的青藏高原东北部的气候变化与其他区域记录的气候变化具有同步性。

但该阶段在整体温湿的背景下存在次一级的气候波动,体现在6.6~6.2 ka BP剖面发育风成砂,这与若尔盖高原泥炭沉积记录的6.4 ka BP青藏高原东部发生了一次干冷事件38;6.8~5.6 ka BP青藏高原中部气候极不稳定,寒冷且波动剧烈39;7.0~6.1 ka BP青藏高原东北缘冬给错纳湖气候相对冷干40;7~6 ka BP天水地区在总体暖湿的气候背景下出现气候波动41;7.4~6.0 ka BP毛乌素沙漠孢粉记录全新世大暖期内存在干冷波动42;7~6 ka BP淮河半湿润区出现气候波动,处于干冷期43对应较好,说明此次气候波动存在一定的普遍性。

阶段Ⅱ:4.2 ka BP至今(213~0 cm),气候冷干的成壤作用较弱期。此阶段ZK剖面中高值示干的SiO2含量和残积系数处在相对高值期,高值示湿的CaO含量和退碱系数处在相对低值期,表明该时期气候整体偏冷干,冬季风较强,水热组合状况不利于化学风化进行,成壤作用较弱。该时期冷干的气候特征与黏土矿物记录的共和盆地5~0 ka BP气候干冷44;4.2~0 ka BP青海湖盆地气候较为干冷45;3.9~0.3 ka BP柴达木盆地可鲁克湖西侧湿地荒漠草原扩张,降水量大幅度下降46;4.6 ka BP至今冬给错纳湖气候干冷40;乌兰布和沙漠5.5 ka至近现代时期沙漠扩展47;4.5 ka BP至今会宁地区进入现代气候时期48;4 ka BP后甘青地区气候明显向干冷化方向发展,发育温带草原,盛行以畜牧业为主的齐家文化34;4.2 ka BP以后中国北方季风边缘区湖泊沉积记录的集成湿度指数下降,并保持较低值,气候干旱化显著相一致49,说明该时期泽库剖面记录的青藏高原东北部的气候变化与其他区域具有较好的一致性。

但该阶段在整体冷干的背景下也存在次一级的气候波动,体现在2.4~2.0 ka BP和1.7~1.5 ka BP剖面发育弱砂质古土壤,这与青藏高原东北部共和盆地泥炭沉积记录的2.5~1.4 ka BP气候有所好转6;共和-贵德盆地2.6~1.2 ka BP粉尘源区收缩,环境好转,处于夏季风小幅加强时期33;2.4~1.3 ka BP青海湖剖面发育弱砂质古土壤,气候略有好转,但整体仍保持冷干趋势50;青藏高原中部色林错湖泊记录的2.4~2.1 ka BP、1.7~1.5 ka BP气候有所回暖,干旱趋势有所减弱51;新疆伊犁河谷风砂沉积记录的2.6~1.5 ka BP气候在总体干旱的背景下处于相对湿润期52;台湾头社盆地湖沼沉积孢粉记录的2.2~1.9 ka BP、1.7~1.3 ka BP气候温暖湿润53对应较好,说明此次气候波动与其他区域记录的气候变化具有同步性。

将ZK剖面地球化学指标揭示的青藏高原东北部全新世以来的气候变化与贵州荔波董哥洞石笋氧同位素54进行对比(图4),发现两者的气候变化特征吻合度较高,说明地化学元素及其比值对气候变化响应灵敏,是良好的古气候重建指标。同时ZK剖面记录的青藏高原东北部全新世以来的气候变化特征与高原周边地区乃至全球的气候变化都具有较好的一致性,说明这一时期青藏高原东北部的气候变化对全球气候变化响应灵敏。

图4

图4   ZK剖面地球化学指标与董哥洞石笋氧同位素54揭示的气候变化

Fig.4   Climate change revealed by geochemical indexes of ZK profile and oxygen isotope from the stalagmite in Dongge Cave54


值得注意的是,ZK剖面常量元素记录的青藏高原东北部9.4~4.2 ka BP夏季风强盛、气候温湿,4.2 ka BP至今冬季风强盛、气候冷干与青海湖湖东沙地风成沉积粒度和磁化率记录的青藏高原东北部9.0~4.2 ka BP水热组合条件较好,成壤作用较强,4.2 ka BP之后风沙活动增强,气候向干冷化方向发展16较为一致;与共和盆地风成沉积微量元素记录的青藏高原东北部9.2~4.6 ka BP气候相对冷干,4.6~0.7 ka BP气候相对暖湿15存在差异性;但与其他学者利用孢粉5、黏土矿物44、粒度55和常量元素56等气候代用指标对青藏高原东北部共和盆地全新世环境演变的研究结果具有较好的一致性,据此认为不同气候代用指标对气候响应的差异性是导致这一现象的原因。

5 结论

通过对泽库剖面(ZK剖面)常量元素氧化物含量及比值的地球化学特征进行分析,结合14C测年,重建了青藏高原东北部全新世环境演变过程。

ZK剖面沉积物的化学组成以SiO2、Al2O3、CaO为主,占剖面常量元素氧化物总含量的82.35%,其中SiO2和CaO的标准差较高,对气候变化较为敏感。

自剖面底部向上SiO2含量和残积系数呈现先减少后增加的趋势,高值指示冷干的气候意义,CaO含量和退碱系数呈现先增加后减少的趋势,高值指示温湿的气候意义。

9.4 ka BP以来青藏高原东北部的气候经历了由温湿向冷干的转变过程,可划分为9.4~4.2 ka BP夏季风强盛、气候温湿的固结成壤期和4.2 ka BP至今冬季风强盛、气候冷干的成壤作用较弱期;其中在6.6~6.2 ka BP、2.4~2.0 ka BP和1.7~1.5 ka BP存在次一级的气候波动。

参考文献

Bryson R A.Airstream Climatology of Asia[M].Boston,USAAmerican Meteorological Society1986.

[本文引用: 1]

Henderson A CHolmes ALeng M J.

Late Holocene isotope hydrology of lake Qinghai,NE Tibetan Plateau:effective moisture variability and atmospheric circulation changes

[J].Quaternary Science Reviews,20102917):2215-2223.

[本文引用: 1]

刘东生卢演俦郑洪汉.黄土与环境[M].北京科学出版社1985.

[本文引用: 1]

王昭武.全新世气候变化[M].北京气象出版社201143-136.

[本文引用: 1]

程波陈发虎张家武.

共和盆地末次冰消期以来的植被和环境演变

[J].地理学报,20106511):1336-1344.

[本文引用: 3]

刘冰靳鹤龄孙忠.

青藏高原东北部泥炭沉积粒度与元素记录的全新世千年尺度的气候变化

[J].冰川冻土,2013353):609-620.

[本文引用: 1]

胡梦珺冯淑琴李向锋.

马四剖面揭示的共和盆地12 ka以来的环境演变

[J].地层学杂志,2019431):101-108.

[本文引用: 1]

杜乃秋孔昭宸山发寿.

青海湖QH85-14C钻孔孢粉分析及其古气候古环境的初步探讨

[J].植物学报,19893110):803-814.

[本文引用: 1]

陈发虎汪世兰张维信.

青海湖南岸全新世黄土剖面、气候信息及湖面升降探讨

[J].地理科学,1991111):76-85.

Lu R JJia F FGao S Yet al.

Holocene aeolian activity and climatic change in Qinghai Lake basin,northeastern Qinghai-Tibetan Plateau

[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,20154301-10.

薛红盼曾方明.

青海湖东岸全新世风成沉积地球化学特征及其古气候意义

[J].沉积学报,2021395):1198-1207.

[本文引用: 1]

曹广超马海州张璞.

11.5 ka BP以来尕海沉积物氧化物地球化学特征及其环境意义

[J].沉积学报,2009272):360-366.

[本文引用: 1]

王素萍贾国东赵艳.

柴达木盆地克鲁克湖全新世气候变化的正构烷烃分子记录

[J].第四纪研究,2010306):1097-1104.

Yu L PLai Z P.

Holocene climate change inferred from stratigraphy and OSL chronology of aeolian sediments in the Qaidam Basin,northeastern Qinghai-Tibetan Plateau

[J].Quaternary Research,2014813):488-499.

[本文引用: 2]

刘冰靳鹤龄孙忠.

青藏高原东北部风成沉积微量元素揭示的全新世千年尺度气候变化

[J].古地理学报,2013153):423-433.

[本文引用: 2]

吕志强鲁瑞洁刘小槺.

青海湖湖东沙地沉积记录的全新世以来风沙活动变化

[J].干旱区地理,2018413):536-544.

[本文引用: 3]

Gordeev V VSidorov I S.

Concentrations of major elements and their outflow into the Laptev Sea by the Lena River

[J].Marine Chemistry,1993431/4):33-45.

[本文引用: 1]

陈骏季峻峰仇纲.

陕西洛川黄土化学风化程度的地球化学研究

[J].中国科学D辑:地球科学,1997276):531-536.

[本文引用: 1]

刁桂仪文启忠.

黄土风化成土过程中主要元素迁移序列

[J].地质地球化学,1999271):21-26.

[本文引用: 1]

Nesbitt H WYoung G M.

Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites

[J].Nature,19822995885):715-717.

[本文引用: 1]

杨劲松王永赵红梅.

晚更新世以来萨拉乌苏河流域主元素的地球化学特征及古环境意义

[J].干旱区资源与环境,20163011):148-153.

[本文引用: 1]

陈旸陈骏刘连文.

甘肃西峰晚第三纪红粘土的化学组成及化学风化特征

[J].地质力学学报,200172):167-175.

[本文引用: 1]

牛东风李保生王丰年.

微量元素记录的毛乌素沙漠全新世气候波动:以萨拉乌苏流域DGS1层段为例

[J].沉积学报,2015334):735-743.

[本文引用: 1]

杨红瑾黄春长庞奖励.

宁夏长城塬全新世黄土-土壤剖面元素地球化学特征研究

[J].地理科学,2010301):134-140.

[本文引用: 1]

陈玉美舒强张茂恒.

南京下蜀黄土记录的250~100 ka期间的环境演化信息

[J].地质科学情报,2014336):55-59.

[本文引用: 1]

胡梦珺杨爱丽张文丽.

常量元素氧化物含量及其比值揭示的中晚全新世以来玛曲高原的环境演变

[J].中国沙漠,2015352):313-321.

[本文引用: 1]

文启忠耿安松刁桂仪.中国黄土地球化学[M].北京科学出版社19891-285.

[本文引用: 1]

靳鹤龄李明启苏志珠.

220 ka BP 来萨拉乌苏河流域地质剖面地球化学特征及其对全球气候变化的响应

[J].冰川冻土,2005276):861-868.

[本文引用: 1]

Vital HStattegger K.

Major and trace element of stream sediments from the lowermost Amazon River

[J].Chemical Geology,20001681/2):151-168.

[本文引用: 1]

黄汝昌.

陆相沉积中古气候演变及元素的迁移、聚集和演化

[C]//中国科学院兰州地质研究所所刊.北京科学出版社1982137-160.

[本文引用: 1]

高尚玉董光荣李保生.

萨拉乌苏河第四纪地层中化学元素的迁移和聚集与古气候的关系

[J].地球化学,19853):269-275.

[本文引用: 1]

陈渭南高尚玉孙忠.

毛乌素沙地全新世地层化学元素特点及其古气候意义

[J].中国沙漠,1994141):22-30.

[本文引用: 1]

秦小光殷志强汪美华.

青藏高原东北缘共和-贵德盆地全新世气候变化

[J].地质学报,2017911):266-286.

[本文引用: 2]

侯光良刘峰贵刘翠华.

中全新世甘青地区古文化变迁的环境驱动

[J].地理学报,2009641):53-58.

[本文引用: 2]

赵佳玉王淑贤Darin Andrey.

新疆阿尔泰全新世双湖沉积物正构烷烃分布及其环境意义

[J].第四纪研究,2021414):965-975.

[本文引用: 1]

陈璐鲁瑞洁刘小槺.

萨拉乌苏河流域全新世气候变化的元素地球化学记录

[J].北京师范大学学报(自然科学版),2017533):308-315.

[本文引用: 1]

周家兴吴利杰于娟.

铜川地区11.4~1.5 ka B.P.期间黄土地球化学风化特征及其古气候意义

[J].地球与环境,2019471):64-73.

[本文引用: 1]

Zhou W JLu X FWu Z Cet al.

Climate change of Zoige Plateau since Holocene and AMS radiocarbon

[J].Chinese Science Bulletin,20014612):1040-1044.

[本文引用: 1]

段克勤姚檀栋王宁练.

青藏高原中部全新世气候不稳定性的高分辨率冰芯记录

[J].中国科学D辑:地球科学,2012429):1441-1449.

[本文引用: 1]

张菀漪张静雅郑淇.

青藏高原东北缘冬给错纳湖全新世湖面波动

[J].第四纪研究,2019394):1018-1033.

[本文引用: 2]

刘俊余查小春黄春长.

甘肃天水全新世黄土粒度、磁化率特征及其古气候意义

[J].兰州大学学报(自然科学版),2020562):180-186.

[本文引用: 1]

Sun A ZFeng Z D.

Holocene climatic reconstructions from the fossil pollen record at Qigai Nuur in the southern Mongolian Plateau

[J].Holocene,20132310):1391-1402.

[本文引用: 1]

秦小光张磊穆燕.

中国东部南北方过渡带淮河半湿润区全新世气候变化

[J].第四纪研究,2015356):1509-1524.

[本文引用: 1]

赵黎孙庆峰.

青藏高原共和盆地

14.5 cal ka BP以来粘土矿物响应的气候变化模式[J].岩石矿物学杂志,2014,334):681-692.

[本文引用: 2]

陈东雪鲁瑞洁丁之勇.

青海湖湖东沙地河湖-风成沉积记录的中晚全新世以来环境变化

[J].中国沙漠,2021416):1-12.

[本文引用: 1]

余英浩金映豫徐德克.

青海可鲁克湖孢粉记录的14 cal ka BP以来植被和气候演化历史

[J].第四纪研究,2021415):1229-1243.

[本文引用: 1]

王娜春喜.

乌兰布和沙漠晚第四纪以来环境演化研究进展

[J].中国沙漠,2022421):175-183.

[本文引用: 1]

王琳栋杨太保梁烨.

会宁地区全新世黄土沉积粒度特征及其古气候意义

[J].干旱区研究,2016336):1150-1156.

[本文引用: 1]

Wang WFeng Z D.

Holocene moisture evolution across the Mongolian Plateau and its surrounding areas:a synthesis of climatic records

[J].Earth-Science Reviews,201312238-57.

[本文引用: 1]

杜婧鲁瑞洁刘小槺.

青海湖湖东沙地全新世风成沉积物磁化率特征及其环境意义

[J].海洋地质与第四纪地质,2018382):175-184.

[本文引用: 1]

林勇杰郑绵平王海雷.

青藏高原中部色林错矿物组合特征对晚全新世气候的响应

[J].科技导报,20143235):35-40.

[本文引用: 1]

陈秀玲李志忠凌智永.

新疆伊犁河谷晚全新世以来的风砂沉积与环境演化

[J].海洋地质与第四纪地质,2010306):35-42.

[本文引用: 1]

黄振辉马春梅齐士峥.

台湾头社盆地湖沼相沉积孢粉记录的6.2~1.3 cal ka BP以来气候研究

[J].高校地质学报,2020265):592-600.

[本文引用: 1]

张美良程海林玉石.

贵州荔波1.5万年以来石笋高分辨率古气候环境记录

[J].地球化学,20041):65-74.

[本文引用: 3]

刘冰靳鹤龄孙忠.

共和盆地开额泥炭剖面粒度敏感组分提取与全新世气候环境变化

[J].海洋地质与第四纪地质,2013334):125-134.

[本文引用: 1]

张亚云胡梦珺李娜娜.

共和盆地马四剖面12 cal ka BP以来的成壤环境演变

[J].中国沙漠,2019396):66-75.

[本文引用: 1]

/