長江三角洲及東海島黃土地層的古氣候意義

長江三角洲及東海島黃土地層的古氣候意義

0區(qū)域古氣候演化與區(qū)域古氣候演變的關(guān)系中國第四紀黃土層厚度大，分布廣泛。這是記錄古代環(huán)境和氣候變化的良好載體。它在全球變化研究中發(fā)揮著重要作用。這與兩端的冰芯和深海沉積物并列為三個古老信息來源。近年來，中國黃土的研究取得了很大進展。黃土-古土層序列與深海沉積物和冰芯之間的比較表明，東亞氣候變化與全球古氣候變化的軌道規(guī)模密切相關(guān)。多年來，許多科學(xué)家在中國西北部和黃河中游的第四紀黃土層及其古氣候的發(fā)育方面進行了系統(tǒng)的研究。黃土層的劃分、沉積物特征、古氣候和古環(huán)境發(fā)展方面達到了國際領(lǐng)先水平[1、4、5、6、7、8、9、10、11]。另一方面，研究始于中國東部黃土。黃土分布在稀疏的土地上，研究地點和研究內(nèi)容分散，這也存在一些差異[12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23]。另一方面，在過去的一、二十年里，中國長江三角洲平原、東海海底和島嶼周圍的黃土的發(fā)現(xiàn)和研究為研究中國東部第四紀黃土的沉積區(qū)域、沉積模式以及區(qū)域古氣候和古代環(huán)境發(fā)展提供了新的基礎(chǔ)。1下蜀黃土層序-沉積地層中國東部地區(qū)的黃土主要分布在遼東半島、廟島群島、魯中及山東半島、長江中下游地區(qū)和東海嵊泗群島等地.本文主要對分布在長江三角洲丘陵、平原以及東海島嶼上不同類型的風(fēng)塵黃土沉積(圖1)的研究狀況進行介紹和論述.下蜀黃土主要是指分布在長江下游兩岸低山和丘陵地區(qū)的風(fēng)塵堆積地層,其厚度自西向東有逐漸變薄的趨勢,一般在1～30mm不等,隨地形地貌起伏而變化.位于山頂、山坡及丘陵高處的下蜀黃土厚度相對較小,分布在北坡的往往要比南坡的厚度大,具有明顯的連續(xù)性、廣覆性和坡向性.在山麓洼地和長江兩岸的低級階地上,也能發(fā)現(xiàn)一些經(jīng)過洪水、坡流等流水營力近距離搬運再沉積的次生黃土,應(yīng)與原生黃土相區(qū)別.下蜀黃土上部植物根系發(fā)育,以棕黃色為主,向下土壤顏色逐漸變深,多為棕褐色、黃褐色,結(jié)構(gòu)疏松,棱塊狀結(jié)構(gòu),多空隙,垂直節(jié)理發(fā)育,塊體表面常被棕紅色鐵錳質(zhì)膠膜所浸染,含有細粒而呈斑點狀分布的鐵錳質(zhì)結(jié)核.下蜀黃土剖面中往往出現(xiàn)多層的古土壤夾層,說明在整個黃土堆積過程中,氣候經(jīng)歷了多次波動、變化的過程.地層剖面中的黃土層一般代表了干冷氣候條件下的風(fēng)塵堆積時期,而古土壤層的出現(xiàn)代表了黃土沉積間斷和濕潤氣候條件下的成土作用時期,所以利用黃土層和古土壤層相間出現(xiàn)的特點進行地層劃分具有獨特的意義.在長江三角洲東部平原地區(qū)晚更新世頂部地層普遍為一層暗綠色、黃綠色或黃褐色的硬質(zhì)粘土,其厚度一般在1～10m,頂部埋深由西向東逐漸加大的,局部地區(qū)的起伏主要取決于古地面的起伏和古河谷的發(fā)育,在長江河谷地帶呈帶狀缺失.硬質(zhì)粘土層從上部暗綠色向下漸變?yōu)榛揖G色或者黃綠色,再往下漸變出黃褐色.在江蘇常州附近開挖的實地地層剖面證實:分布在長江三角洲東部平原的暗綠色、黃褐色硬土層與下蜀黃土的上部地層實際上為同一連續(xù)延伸的沉積地層.由此可以推斷,它們沉積物形成時的沉積環(huán)境和成因機制也是一致的,是下蜀黃土在東部平原的延伸.在長江三角洲東部東海海域的一些島嶼上也相繼發(fā)現(xiàn)了黃土沉積地層.如在嵊山、黃龍和浪崗山等島嶼上,黃土地層呈片狀覆蓋在花崗巖基巖山坡上,厚度可達5～8m,與地形起伏一致.典型的陳錢山剖面(30°26′N,122°56′E,)位于嵊山島陳錢山西北坡海拔120m高度處,剖面總厚度為265cm;表層植被豐富,上部40cm為黃褐色、灰褐色的現(xiàn)代土壤層,植物根系發(fā)育,40cm以下為黃褐色、黃棕色黃土地層,多孔隙,致密塊狀結(jié)構(gòu),無層理,垂直節(jié)理發(fā)育,淋濾作用強烈,含有線狀黑色鐵錳浸染條紋,同時有少量橢球形粘粒凝聚體發(fā)育.剖面底部與粗粒正長花崗巖基巖風(fēng)化殼呈不整合接觸.整個剖面黃土顆粒較細,結(jié)構(gòu)致密,無花崗巖風(fēng)化殘留的粗砂顆粒,因此可以推斷為典型的風(fēng)塵沉積地層.位于嵊山島東南方向70km的浪崗山列島,是東海最外緣的島嶼之一(現(xiàn)無人居住),同樣有黃土層發(fā)育,黃土層厚度大小隨地形變化,最大厚度可達5～6m;典型的黃土剖面位于浪崗山中塊島海拔80m的山坡上,剖面總厚度230cm,底部未見基巖.剖面上部10cm呈淺褐色,含較多的植物根系和少量植物腐爛的痕跡,質(zhì)地堅硬,結(jié)構(gòu)致密,夾有少量的鐵錳薄膜與銹斑,10cm以下為典型的黃土層,質(zhì)地堅硬細密,垂直節(jié)理發(fā)育.2粒度頻率分布的概率曲線沉積物的粒度組成直接反映了搬運介質(zhì)的動力條件,與此相關(guān)的氣候變化也會在沉積物的粒度組成上留下烙印.因此通過對沉積物各粒級的組成分析,可以推斷沉積時的搬運動力特征.長江中下游地區(qū)的風(fēng)塵黃土作為北方風(fēng)塵堆積的南部邊緣相和南方紅土發(fā)育區(qū)的北界,在古氣候?qū)W研究上具有獨特意義.充分利用風(fēng)塵沉積物所保存的古環(huán)境信息可以為重建長江中下游地區(qū)環(huán)境變化的過程提供重要的依據(jù).由下蜀黃土、嵊山島黃土和浪崗山島嶼黃土樣品的粒度頻率分布曲線可以看出(圖2),下蜀黃土、嵊山島黃土和浪崗山島嶼黃土的主組分峰位于在32～40μm之間.與下蜀黃土相比,嵊山島黃土的粘粒組分含量明顯增加,指示了嵊山島黃土經(jīng)歷了較強的成壤作用.幾乎每個樣品在大于100μm的地方都出現(xiàn)了明顯的波峰,>100μm的粗顆粒組分含量在0.5%左右.浪崗山島嶼黃土的粒度頻率分布曲線與下蜀黃土、嵊山島黃土的波形相似,但其主峰尖銳,主組分峰位于在40μm左右,大于下蜀黃土和嵊山島黃土,同時>100μm處的次一級波峰明顯,顆粒組分均高于0.5%.總的來看,島嶼黃土樣品中>100μm組分顆粒的含量較高,而下蜀黃土樣品中>100μm組分顆粒含量較低(僅在部分地層中的樣品出現(xiàn)),表明島嶼黃土在形成過程中可能受到了近源風(fēng)塵物質(zhì)的影響.粒度分布的概率曲線可以分析沉積物的形成環(huán)境,區(qū)分不同介質(zhì)和動力條件下搬運和沉積的粒組.西北洛川黃土的概率累積曲線只有一個截點,出現(xiàn)在5～6.5φ之間.與西北黃土相比,下蜀黃土與嵊山島黃土、浪崗山黃土的粒度概率累積曲線一般都有粗、細兩個截點,粗截點的位置與西北黃土大致相同,而細截點的位置大都出現(xiàn)在10φ附近.>10φ(約為<1μm)屬于膠粒粒組,其含量可能代表了攜帶超細顆粒的西風(fēng)氣流或者成壤作用的強弱.長江三角洲及其東部島嶼黃土的概率累積曲線的細截點比較明顯,表明其顆粒組成中含有大量的西北氣流攜帶的細小粉塵,并且在形成過程中經(jīng)歷了比西部黃土更為強烈的成壤作用.與西北黃土相比可以看出(表1),長江三角洲及其東部島嶼黃土的顆粒組成略細.下蜀黃土主要由粉砂(4～63μm)組成,含量占60%～70%左右;粘土(<4μm),一般占20%～30%左右;砂粒含量很少,一般少于5%.符合劉東生提出的中國黃土由西北向東南變細的規(guī)律.另外,不同地方下蜀黃土的粒徑組成基本相似,同一剖面不同層位的下蜀黃土粒徑變化也較小,表明其搬運營力單一,并且經(jīng)過了較高的分選,表明下蜀黃土以風(fēng)力搬運的基本特點.嵊山島黃土粒度組成以粉砂為主(平均含量為69.7%),粘土含量次之(平均含量28.6%),砂含量最少(平均含量為1.7%);與下蜀黃土相比,各粒級組分含量差異不大,砂含量有所減少,而粘土含量比例相對增加.值得注意的是,長江三角洲及其東部島嶼黃土中砂粒級組分的含量較低,根據(jù)其沉積時期的地理位置、地形地貌條件以及沉積特征,可以排除其它動力沉積的可能.浪崗山島嶼黃土粒度組成則存在一些差異,其砂粒組分的含量比下蜀黃土與嵊山黃土高,粘粒組分的含量卻有所下降.而風(fēng)沙動力學(xué)研究表明,>50μm的顆粒不易被風(fēng)力做長距離搬運.除了和內(nèi)地黃土地層一樣接受末次冰期強勁冬季風(fēng)或西風(fēng)急流帶來的“遠源”風(fēng)塵外,還接受冬季風(fēng)從近海陸架帶來的“近源”沉積,推測與晚更新世陸架區(qū)古河道和古三角洲沉積物被風(fēng)力揚起參與沉積有關(guān).3氣候小波動磁化率作為一個重要的環(huán)境指標,在北方黃土-古土壤序列的研究中得到廣泛應(yīng)用.磁化率不僅是分辨剖面中古土壤、黃土及其發(fā)育程度的標志,而且在恢復(fù)古氣候冷暖轉(zhuǎn)換和古環(huán)境變遷方面,也具有重要的指示意義.盡管在對古土壤磁化率增強機制的認識上還存在分歧,但已有的研究證實,黃土和古土壤磁化率信號的主要載體是非常細小(<1μm)的磁鐵礦和磁赤鐵礦.在磁化率曲線的旋回波動中,峰值段對應(yīng)的地層代表了較為溫暖濕潤的成壤時期,而谷值段對應(yīng)的是較為干冷的風(fēng)成黃土堆積與較弱的成壤作用時期.下蜀黃土主要分布在亞熱帶地區(qū)的東南沿海,堆積后受到了較強烈的成壤作用的影響,但作為風(fēng)塵堆積,其磁化率對古環(huán)境變遷仍具有較好的指示意義.目前運用磁化率指標重建長江三角洲地區(qū)的古環(huán)境已經(jīng)取得了一定的進展,研究表明中更新世以來,長江中下游地區(qū)經(jīng)歷了七次大的古氣候冷暖旋回,但旋回變化幅度較北方黃土區(qū)要小,并且冷期和暖期都存在著頻繁的小尺度的氣候冷暖波動.許峰宇通過對下蜀黃土的巖石磁學(xué)研究發(fā)現(xiàn),下蜀土磁化率曲線可以與西北黃土相對比,并且對晚近期的氣候事件反映比較敏感,能夠反應(yīng)氣候的微小波動;但是由于后期的強烈成壤作用,對早期的古氣候記錄反應(yīng)則比較模糊.鎮(zhèn)江大港下蜀黃土磁化率曲線特征反映了長江中下游地區(qū)氣候變化同黃土高原地區(qū)具有一致性和相似性,暗示了中國南北兩大區(qū)域中更新世以來可能經(jīng)歷了基本同步的氣候變遷.但不同的研究者由于選擇的剖面位置不同,所測得黃土古土壤序列的磁化率值有所差別.下蜀黃土磁化率平均值各剖面相差不大,表明物質(zhì)來源相同,沉積環(huán)境相對一致.但與西北洛川黃土相比,黃土層磁化率有所上升,而古土壤層磁化率下蜀黃土偏低.這與呂厚遠對現(xiàn)代土壤磁化率研究所得的結(jié)論是一致的.嵊山島嶼黃土磁化率在26.4～112.8×10-8m3·kg-1之間,平均值為72.9×10-8m3·kg-1,基本呈高頻低幅波動(圖3).磁化率值明顯的分為兩段,0～50cm磁化率較低,變化不大,平均值僅為28.75×10-8m3·kg-1.50cm以下磁化率值升高,最大值為112.8×10-8m3·kg-1,平均值為73.37×10-8m3·kg-1,但仍低于下蜀黃土的磁化率平均值.飽和等溫剩磁(SIRM)變化于1167～9848×10-6A·m2·kg-1之間,平均值為5460×10-6A·m2·kg-1,與下蜀黃土相比明顯偏低,表明嵊山島黃土樣品中磁性礦物總體含量不高.頻率磁化率可以指示介于細粘滯性晶粒-超順磁晶粒(FV-SP)間較細的鐵磁晶粒的相對含量.嵊山島黃土的頻率磁化率曲線明顯的分為兩段,剖面上部約50cm超順磁顆粒含量較低,50cm以下則相差不大,頻率磁化率變化在8.03%～12.16%之間.剖面頻率磁化率平均值為10.34%,與下蜀黃土相近,但是比馬蘭黃土要高,反映樣品中有較多的超順磁細粘滯顆粒,可能由于嵊山島黃土經(jīng)歷了較強烈的風(fēng)化成壤作用有關(guān).磁化參數(shù)F300mT是樣品在300mT磁場中磁化后所攜帶剩磁與飽和等溫剩磁的比值,反映了樣品中亞鐵磁性礦物(如磁鐵礦)與不完整反鐵磁性礦物(如赤鐵礦、針鐵礦)的相對比例.嵊山島黃土的F300mT一般變化于86%～97%,甚至有的樣品接近100%;表明了嵊山島黃土中的磁性礦物以鐵磁性礦物為主,但也含有一定量的反鐵磁性礦物.硬剩磁Hard為飽和等溫剩磁(SIRM)與IRM300mT的差值,指示不完整反鐵磁性礦物的含量,從圖3可以看出,上部50cm硬剩磁值較低,F300mT值較低,磁化率卻波動不大,表明了剖面表層軟磁性礦物(磁鐵礦\磁赤鐵礦)含量較低,硬磁性礦物(如赤鐵礦、針鐵礦)含量也較低,這可能與人類活動有關(guān).50cm以下,F300mT值較高,表明軟磁性的磁鐵礦\磁赤鐵礦的含量而有所增加.嵊山島黃土磁化率與粒徑63～125um的砂粒組分具有較好的反相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.56)關(guān)系,表明嵊山島黃土磁化率的大小除受到氣候冷暖變化的制約之外,大量粗顆粒物質(zhì)的進入可能導(dǎo)致磁性礦物的濃度降低,從而使磁化率變低.與之相鄰的浪崗山島嶼黃土磁化率變化在69.32～93.84×10-8m3·kg-1之間,平均值為77.6×10-8m3·kg-1,與嵊山島黃土磁化率平均值相差不大,但浪崗山黃土磁化率變化波動范圍小,可能是由于其沉積時間短,物源相對穩(wěn)定.飽和等溫剩磁SIRM在7515.84～9626.44×10-6A·m2·kg-1之間波動,高于嵊山島嶼黃土,反映了剖面樣品磁性礦物的總體含量較高.4不同地區(qū)黃土中caco3含量的變化規(guī)律碳酸鹽是黃土的重要組成成分,其中尤以CaCO3為主,其他碳酸鹽含量及其微弱.CaCO3含量的高低指示著該黃土樣品所經(jīng)受的風(fēng)化作用的強弱,反映了當時的氣候變化.CaCO3在風(fēng)化過程中的遷移與淀積主要受到降水的影響,近年來已有很多學(xué)者對黃土中的CaCO3做了大量的研究,借此來反映古環(huán)境的變化[1,35,36,37,38,39].目前黃土地層中的CaCO3含量研究主要集中在西部黃土高原地區(qū),而對我國東部地區(qū)黃土中CaCO3的研究則甚少.浪崗山黃土和嵊山黃土中的CaCO3平均含量分別為0.12%和0.09%,所有樣品的CaCO3含量都在0.04%～0.2%之間波動(圖).這不僅遠低于富含CaCO3的西北黃土(CaCO3平均含量一般在10%之上),也低于CaCO3平均含量在2%左右的下蜀黃土,顯示東部黃土后期經(jīng)歷了較強的風(fēng)化淋濾作用.黃土中CaCO3的來源、類型、存在形式以及淀積深度等都比較復(fù)雜,使得CaCO3作為一個指標在反映氣候變化上存在一定的局限性,李秉成認為前人對黃土地層中CaCO3含量變化規(guī)律研究程度較深入,但是,與黃土地層CaCO3有關(guān)的一些問題沒有完全弄清,提出將黃土中的CaCO3分為原生碎屑CaCO3、淀積CaCO3、同期淋溶殘余CaCO3、后期淋溶殘余CaCO3和表聚CaCO35種類型來分析CaCO3與古環(huán)境的關(guān)系.嵊泗列島氣候溫暖濕潤,降水量大,該區(qū)黃土土層較薄,化學(xué)風(fēng)化作用強烈,原生碎屑CaCO3基本上已全部轉(zhuǎn)化為次生CaCO3,屬于后期淋溶殘余CaCO3.劉東生曾提出黃土中CaCO3含量受淋溶程度控制,不同地區(qū)黃土中的CaCO3的平均含量差別很大,有些學(xué)者發(fā)現(xiàn)了CaCO3含量同樣也存在著由西北向東南遞減的規(guī)律.自西北向東南方向,隨著降水量的增加,越向東南淋失速度越快、淋失量越大,黃土地層中的CaCO3含量也就越少.對下蜀黃土泰山新村剖面上部5m黃土地層(包含兩層黃土層,兩層古土壤層)進行碳酸鹽含量的測定發(fā)現(xiàn),其碳酸鹽含量與島嶼黃土的碳酸鹽含量相近,黃土層中的碳酸鹽含量較高,古土壤層碳酸鹽含量較低,并且與磁化率值具有顯著的反相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為-0.3,α=0.01),這與西部地區(qū)黃土研究中得到的結(jié)果一致,反映了盡管下蜀黃土經(jīng)歷了較強的風(fēng)化淋濾作用,碳酸鹽含量仍然可以指示原始風(fēng)塵物質(zhì)堆積時期的冷暖波動,碳酸鹽的淋濾造成了磁性礦物的相對富集,對磁化率值也產(chǎn)生不同程度的影響.5不同黃土的粘土礦物和富礦物源特征黃土中粘土礦物的來源存在各種爭論,劉東生等認為粘土礦物主要是碎屑成因,絕大部分是在粉塵堆積中就已經(jīng)存在.但大量的粘土礦物會在沉積作用和埋藏作用的過程中發(fā)生轉(zhuǎn)變.粘土礦物的種類、數(shù)量及結(jié)構(gòu)變化與氣候條件(溫度、濕度及其變率等)密切相關(guān),所以對黃土中粘土礦物的組合和結(jié)構(gòu)變化特征進行研究有助于了解黃土堆積過程中環(huán)境演變的歷史.黃土中的粘土礦物以伊利石為主要組分,還有高嶺石、蒙脫石、綠泥石、蛭石等,各時代黃土的粘土礦物組成相似,只是各種礦物的相對量有些差異.古土壤層與黃土層在粘土礦物方面的差異主要表現(xiàn)在伊利石的結(jié)構(gòu)變化及綠泥石和蛭石相對量的差異兩個方面,一般來講,氣候溫暖潮濕有利于高嶺石的形成和保存,綠泥石,伊利石的形成和保存需要堿性、干冷和淋慮作用較弱的環(huán)境,黃土中蒙脫石的存在則能反映寒冷的氣候特征,根據(jù)這種礦物組合特征可以標識古氣候變化.鎮(zhèn)江大港的下蜀黃土中粘土礦物以伊利石為主,其含量平均占93.55%,高嶺石平均含量為3.4%,綠泥石平均含量為2.7%,黃土層和古土壤層含量基本類似.東海嵊山島黃土層平均含量為:伊利石平均含量為88.1%,高嶺石平均含量為5.5%,綠泥石平均含量為6.1%.浪崗山島嶼黃土的粘土礦物主要是伊利石,蛭石和高嶺石,沒有發(fā)現(xiàn)蒙脫石和綠泥石.而馬蘭黃土中伊利石的含量47.1%,高嶺石含量為15.8%,綠泥石含量為5.6%.蘭州黃土的伊利石平均含量為66.7%,高嶺石為10.6%,綠泥石為19.7%.通過比較(圖5)可知,各地黃土中的粘土礦物均以伊利石為主,各種粘土礦物的含量相對比例差別不大,反映了黃土都是在較干冷的氣候條件下堆積而成,物源上有較好的一致性.東部黃土的伊利石含量大于西北黃土,而高嶺石、綠泥石含量小于西北黃土,也指示著中國東部黃土沉積后經(jīng)歷了較強的成壤作用,同時能反映出東部黃土堆積時的氣候干冷.劉東生對離石黃土研究中發(fā)現(xiàn),與黃土母質(zhì)相比,其上發(fā)育的古土壤中伊利石含量顯著增加,東部黃土的伊利石含量比西北黃土含量也顯著增加,在一定程度上也反映了東部黃土經(jīng)歷了較強的成壤作用.黃土沉積物中的地球化學(xué)成分特征不但反映了沉積物的物質(zhì)組成和特點,也反映了黃土堆積期間的環(huán)境特征和沉積后的次生變化過程特征,黃土中的化學(xué)元素的分布、分配和遷移、富集的規(guī)律有助于探索其堆積的環(huán)境,古氣候演化.在中國東部的黃土中(表2),各剖面的化學(xué)組分百分比含量變化幅度不大,鎮(zhèn)江大港下蜀黃土的SiO2含量占66.15%～68.58%,Al2O3占13.27%～14.40%,Fe2O3占4.55%～5.68%,FeO占0.07%～0.67%,MgO占1.06%～1.59%,CaO占0.47%～1.13%.嵊山島黃土組成剖面也以SiO2,Al2O3,Fe2O3為主,其中SiO2占65.48%～68.21%,Fe2O3占4.43%～5.49%,FeO占0.27%～0.90%,MgO占1.16%～1.58%,CaO占0.41%～0.61%.由表3可看出,東部黃土的SiO2、Fe2O3含量明顯高于西部馬蘭黃土,CaO含量表現(xiàn)出自西向東減少的趨勢,這與文啟忠等研究結(jié)論是一致的,即:黃土在風(fēng)化過程中,SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO,K2O相對聚集,而CaO,Na2O相對淋溶,在黃土剖面中,隨著CaO淋溶程度加強的同時,Fe2O3的聚集程度也逐漸增強,兩者呈正相關(guān)趨勢.風(fēng)化淋溶系數(shù)(ba)可以反映土壤淋溶作用的強弱,根據(jù)Harrasswitz計算公式,ba=(Na2O+K2O+CaO)/Al2O3,下蜀黃土ba值為0.5,嵊山黃土為0.36,與洛川黃土剖面(1.69)相比可以看出東部黃土ba值小的多,也證明了東部黃土在沉積時以及沉積后較西部黃土經(jīng)歷了更強的淋溶作用.6氣候演變特征植物硅酸體又稱植硅石,是填充于高等植物細胞內(nèi)的非晶質(zhì)硅.不同種屬的植物有不同形態(tài)的植物硅酸體組合,能在一些啞地層或缺少生物標志的黃土或沙灘中大量保存下來,因此,對于恢復(fù)沉積古環(huán)境有重要鑒別意義.通過對嵊山島黃土地層剖面27個樣品的測試發(fā)現(xiàn),全部樣品都含有較豐富的植物硅酸體,包含了大量的環(huán)境演變信息.圖6為不同樣品中反映較為寒冷氣候的植物硅酸體類型(主要包括棒型、刺棒型、長尖型、短尖型)與反映較為溫暖氣候的植物硅酸體類型(主要包括扇型、啞鈴型、長方型)的比值所繪的曲線,由于冷、暖型植物硅酸體含量的彼此消長反映了氣候的冷暖變化,因此兩類植物硅酸體的比值變化大體可以反映出該地區(qū)古氣候的變化趨勢.大多數(shù)樣品中反映寒冷氣候的植物硅酸體類型含量要高于或接近于反映溫暖氣候的植物硅酸體類型含量(即二者的比值大多大于1或接近1),考慮到微體化石的埋葬學(xué)問題,部分反映寒冷氣候的植物硅酸體類型個體較小,不容易保存或不容易辨認,而反映溫暖氣候的植物硅酸體類型多為大型個體,可以長時間地保存且容易辨認,總體上看反映寒冷氣候的植物硅酸體類型可能有較多的丟失,因此,可以初步判斷該剖面地層沉積時期以寒冷干旱氣候為主,而且有冷暖型植物硅酸體比值曲線可以判斷出沉積時期的氣候演變大致經(jīng)歷了8個階段,指示了冷暖氣候波動.7下蜀黃土中kabp的地層特征中國東部黃土的地層進行精確測年對于理解東亞古季風(fēng)的演化及其與青藏高原階段性隆升的關(guān)系、對中國東部黃土地層進行對比研究等都具有重要意義.盡管許多學(xué)者對下蜀黃土斷代問題進行了多方面的研究和分析,但如何準確測定黃土地層年代和進行地層劃分仍是尚未統(tǒng)一認識的問題.李立文等在南京老虎山距地表4m處發(fā)現(xiàn)了包含鹿角化石的鈣質(zhì)結(jié)核進行14C測定,外殼為(16620±200)aBP,鈣中核為(30900±1080)aBP,表明下蜀黃土形成于晚更新世晚期.對新生圩剖面的古土壤有機碳進行測年,結(jié)果S1下部為(15600±1170)aBP,S2中部為(23780±1240)aBP,與無機碳測年相吻合.吳標云對泰山新村的鈣質(zhì)結(jié)核進行14C測年,上部為(16470±200)aBP,下部為(24190±500)aBP.由于黃土中的鈣質(zhì)結(jié)核形成于黃土沉積之后,因此,下蜀黃土的沉積年代比鈣質(zhì)結(jié)核的年代數(shù)據(jù)更古老一些.黎興國等應(yīng)用ESR方法測定了燕子磯下蜀花黃土的底部年代,得到結(jié)果為563.6kaBP.賴忠平等對南京城北新生圩的許家村剖面進行了高密度的紅外釋光測年,第一層黃土(L1)上部(距離剖面頂部1.1m)的年代為(14.3±1.3)kaBP,底部(距離剖面頂部4.6m)的年代為(71.5±7.5)kaBP,表明了第一層黃土形成于末次冰期.鄭祥民對鎮(zhèn)江大港下蜀黃土進行了熱釋光測年,距離地表30cm處的TL年代為(26.7±4.3)kaBP,距離地表5m處的TL年代為(38.6±5.7)kaBP,距離地表8.8m處為(43.1±6.3)kaBP.可以看出,不同研究者和不同的測年方法所得結(jié)果仍有差異.但對下蜀黃土的沉積年代研究表明,最上層黃土的年代多在10～20kaBP之間,最底層下蜀黃土為距今400kaBP或500kaBP,主要是末次冰期時的產(chǎn)物;長江三角洲東部平原地區(qū)的全新世基底硬質(zhì)粘土層,形成于大約距今25kaBP至15kaBP,形成于末次冰期的鼎盛時期,僅為下蜀黃土頂層黃土地層的向東延伸;嵊山島嶼黃土剖面底部和頂部的紅外釋光年代分別為(48.1±4.5)kaBP和(15.2±1.5)kaBP,浪崗山黃土剖面的紅外和藍光釋光測年則上下差別不大,均為40kaBP左右,可見島嶼黃土亦為末次冰期以來的風(fēng)塵沉積.關(guān)于下蜀黃土問題,20世紀50年代,當時全國地層委員會將其歸屬于河湖相沉積,此后有的學(xué)者將下蜀粘土稱為泛濫粘土,風(fēng)成說和水成說的爭論由此開始,目前已進行的沉積特征、粒度、礦物學(xué)特性及石英顆粒表面微形態(tài)結(jié)構(gòu)等研究都支持風(fēng)成說.但對于風(fēng)塵物質(zhì)來源問題的專門研究甚少,是遠源搬運而來的還是近源堆積目前仍有不同的看法.而劉東生,安芷生等曾提出下蜀黃土的來源與西北黃土高原黃土相同,王愛萍則發(fā)現(xiàn)下蜀黃土的元素組成與西北黃土十分接近,而與長江漫灘沉積物差異較大,李徐生通過粒度的對比研究認為下蜀黃土是西北黃土的延續(xù).不同學(xué)者在不同的區(qū)域,選擇了不同的位置來研究下蜀黃土,可能是導(dǎo)致其成因爭論的一個主要原因.通過研究,但從形成過程中作用營力的先后及主次來看,下蜀黃土以及東海島嶼黃土的成因應(yīng)以風(fēng)塵沉積為主,是西北黃土沉積在東南地區(qū)的繼續(xù).而分布長江三角洲平原地區(qū)全新世疏松沉積物下的硬土層由于缺乏具有明顯指相意義的沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征和古生物化石等特征,長期以來對其成因解釋不一,有河流成因和湖沼成因等之說[61,62,63,64,65,66].根據(jù)鄭祥民近20年來對該地層的研究,從形成時期的地貌發(fā)育、古環(huán)境演化背景、沉積物特征分析以及與西部下蜀黃土地層連續(xù)延伸的接觸關(guān)系等分析和推斷,其成因仍為風(fēng)塵沉積,由于全球性氣候轉(zhuǎn)暖,黃土沉積物經(jīng)受風(fēng)化和成土作用后質(zhì)地趨硬,隨著全新世海侵作用和海相沉積物的覆蓋,發(fā)生了次生變化,形成了黃土沉積物的一種獨特的地層類型.晚更新世末次冰期時,東海海面下降并在約-40～160m范圍內(nèi)波動,低海面時海岸線向東推進800～1000km、長江河床得以向東延伸;在40kaBP前后,現(xiàn)在東海陸架-110～-120m等深線以西海域為濱海平原,并且河流、湖泊發(fā)育,包括嵊山島、浪崗山列島在內(nèi)的整個舟山群島周邊海底都處于廣闊濱海平原;因此,在晚更新世冰期干冷氣候條件下,強勁的西北風(fēng)所攜帶的風(fēng)塵物質(zhì),由西北地區(qū)及黃河中下游腹地向東南方向擴散;隨著風(fēng)力的逐漸減弱,使懸浮于空氣中塵埃物質(zhì)產(chǎn)生沉降,在長江三角洲地區(qū)、東海島嶼及東海陸架同樣普遍形成風(fēng)塵黃土地層堆積.綜合長江中下游地區(qū)下蜀土剖面與西北黃土主要元素化學(xué)成分和其化學(xué)風(fēng)化程度的分析對比可知,下蜀土各剖面以及島嶼黃土的主要組分成分相差不大,反映了物質(zhì)來源的一致性.與西北黃土相比,中國東部黃土經(jīng)歷了較強的風(fēng)化淋濾過程.大約到了距今15000年以后,全球性氣候逐漸變?yōu)榕瘽?海面回升,冰川消退,這時中國東部平原的黃土堆積也相應(yīng)終止,沉積出現(xiàn)間斷.黃土沉積層在溫暖濕潤的條件下經(jīng)過長達數(shù)千年的風(fēng)化與成土作用,經(jīng)長時間的風(fēng)化、淋濾、氧化和壓實后形成現(xiàn)在平原鉆孔中所見的黃褐色、棕褐色硬質(zhì)粘土層,黃土中石灰質(zhì)經(jīng)淋溶、富集形成鈣核,風(fēng)化作用使錳鐵質(zhì)相對增加與形態(tài)改變,使風(fēng)化殼呈黃褐色和棕色,粘粒和鐵錳部分移動,在土體結(jié)構(gòu)面上出現(xiàn)暗棕色膠膜.此后隨著海面的不斷上升和地下水位的抬高,東部平原許多低洼區(qū)積水形成淡水湖沼、低鹽湖沼及受海侵影響的海陸過渡相環(huán)境.在這些環(huán)境中,沉積物和水體富含有機物質(zhì),部分可溶性有機物質(zhì)隨水浸透至下伏黃褐色硬質(zhì)粘土層的表層中去,由于可溶性有機物的分解又引起高價Fe3+、Mn4+等離子還原,促使土層色調(diào)變化,黃褐色硬土層的上部就變成了暗綠色或黃綠色了,往下逐漸過渡到黃褐色粘土,因而位于低洼區(qū)的晚更新世晚期地層多由下部黃褐色硬粘土和上部暗綠色的硬粘土組成,并在暗綠色硬粘土之上均覆蓋有灰色、青灰色的、富含有機質(zhì)的全新世疏松沉積物;位于平原高臺地區(qū)的硬質(zhì)粘土由于沒有經(jīng)這種次生變化作用,為單一黃褐色硬粘土,上部沒有暗綠色硬粘土,顯然,硬土層之上往往也無海侵沉積物.綜上所述,下蜀黃土、黃褐色硬粘土及暗綠色粘土實際上為同一地層,只是由于分布的地貌部位的不同,所經(jīng)歷的成土作用過程和次生變化有些差異,因而造成土層在色調(diào)和物理性質(zhì)特征方面有所不同.8晚麻黃地層與古氣候的關(guān)系長江三角洲及東部島嶼黃土地層分布的地理位置、氣候環(huán)境條件與西部黃土迥異,是研究中國東部地區(qū)晚更新世古季風(fēng)演變、古氣候和古環(huán)境變化的一種良好的載體,也是深入認識中國黃土分布范圍、搬運路徑和成因機制的重要信息地層.(1)下蜀黃土與嵊山島黃土沉積有一定可比性,但在沉積厚度、剖面特征等方面又都各具特點.與下蜀黃土相比,嵊山島黃土磁化率曲線變化規(guī)律不明顯,且曲線上存在一些低幅高頻波動,表明沉積時氣候冷暖的波動以及在暖期微弱的土壤化作用.(2)從粒度特征來看,下蜀黃土與硬粘土、嵊山島黃土的粒度組成基本類似,指示了其物源的一致性;而嵊山島黃土的平均粒度要略小于下蜀黃土,且兩者又均小于北方的洛川黃土,反映了我國黃土粒度自西北向東南逐漸減小的規(guī)律.浪崗山黃土則為東部黃土典型的近源快速風(fēng)塵沉積,反映出東部黃土沉積環(huán)境的區(qū)域性差異.(3)在粘土礦物組成上,下蜀黃土與嵊山島黃土的組成類似,二者皆以伊利石為主,但伊利石含量下蜀黃土要高于嵊山島,高嶺石含量低于嵊山島,在一定程度上表明嵊山島的氣候較長江中下游地區(qū)暖濕.化學(xué)組成兩者相似.東部黃土較洛川黃土ba值小得多,證明了東部黃土在沉積后因降水量大而經(jīng)歷了較強的淋溶作用.(4)在黃土地層中,冷、暖型植物硅酸體含量和比值也是反映氣候的冷暖變化的有效指標,兩類植物硅酸體的比值變化大體可以反映出該地區(qū)古氣候的波動和變化趨勢.(5)類似的同期晚更新世風(fēng)塵堆積物在韓國和日本島嶼也均有分布,研究結(jié)果表明其部分物源為來自中國大陸風(fēng)塵物質(zhì).可見,東海嵊山島黃土地層的發(fā)現(xiàn)和研究,將為探討我國第四紀黃土沉積范圍、沉積模式及研究中國東部第四紀環(huán)境演變和全球變化對比提供了重要的實事依據(jù).第四紀東亞季風(fēng)的發(fā)展變遷的直接證據(jù)之一就是風(fēng)塵堆積的發(fā)育和分布的變化,中國東部地區(qū)受冬季風(fēng)與夏季風(fēng)的影響顯著,東部黃土記錄了晚更新世以來的季風(fēng)強弱與環(huán)境變遷.黃土-古土壤磁化率的變化與深海沉積物的氧同位素比的變化非常一致,這使得磁化率成為陸相沉積物中能夠指示古氣候變化的良好指標,但是強磁性礦物的種類有土壤成因和非土壤成因之分.黃土堆積中任何外源補給變化,自生礦物生成以