四海龙湾沉积物多指标反映人类活动从
  <strong>1850</strong>年开始显著增强

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2024.006

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (1): 82 -95. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.006

四海龙湾沉积物多指标反映人类活动从 1850年开始显著增强

江鸿 ¹ ^, ³(

), 韩永明 ¹ ^, ² ^, ³(

), 刘卫国 ¹ ^, ⁴, 曹蕴宁 ¹, 胡婧 ¹, 樊会敏 ¹, 刘博 ¹

^1.中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室，陕西西安 710061
^2.西安交通大学人居环境与建筑工程学院，陕西西安 710049
^3.陕西关中平原区域生态环境变化与综合治理国家野外科学观测研究站，陕西西安 710061
^4.中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2023-08-25 修回日期:2023-10-31 出版日期:2024-01-10
通讯作者: 韩永明 E-mail:jh1212521@163.com;yongming@ieecas.cn
基金资助:
国家自然科学基金重大项目(41991250);国家自然科学基金创新群体项目(42221003);中国科学院先导专项(XDB40000000)

Significant Increase in Human Activities Since 1850 According to Multiple Proxies of Sihailongwan Maar Lake Sediment

Hong JIANG ¹ ^, ³( ), Yongming HAN ¹ ^, ² ^, ³( ), Weiguo LIU ¹ ^, ⁴, Yunning CAO ¹, Jing HU ¹, Huimin FAN ¹, Bo LIU ¹

^1.State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710061, China
^2.School of Human Settlements and Civil Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
^3.National Observation and Research Station of Regional Ecological Environment Change and Comprehensive Management in the Guanzhong Plain, Xi’an 710061, China
^4.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2023-08-25 Revised:2023-10-31 Online:2024-01-10 Published:2024-01-26
Contact: Yongming HAN E-mail:jh1212521@163.com;yongming@ieecas.cn
About author:JIANG Hong, Ph. D student, research areas include the relationship between global changes and human activites. E-mail: jh1212521@163.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(41991250);Creative Research Groups of the National Natural Science Foundation of China(42221003);The Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences(XDB40000000)

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基于全球地质记录的比对，国际人类世工作组建议20世纪中期（约1950年）为人类世的起始时间，四海龙湾沉积物曾被列为“人类世界线层型剖面”的候选地质体之一。但在1950年以前，人类已较深刻地影响了四海龙湾周围地区的环境。通过重建四海龙湾沉积物900年以来的总有机碳、总有机碳和总氮的摩尔比（C/N）、稳定有机碳同位素（δ¹³C_org）和Ca/Ti，以及硅酸盐矿物主要元素Si、Al和K含量的历史序列，平均分辨率约为10年，以气候变化为背景，来探究该地区人类活动的历史。发现人类活动从1850年开始显著增强，在此之前的中世纪暖期和小冰期指标变化大体符合自然规律。1850—1950年指标的变化反映出快速增长的人口破坏了植被，导致风化加剧，地表环境的演变脱离了自然轨道，表明人类活动开始成为一种重要的地质营力，但这段时期的变化只是局地信号；1950年后，C/N持续减小及δ¹³C_org持续负移，反映出在新的社会制度和先进生产力的条件下，四海龙湾周围地区的环境状态再次发生改变，这与全球地质环境的加速变化同步，可以支持国际人类世工作组所提出的“20世纪中期是人类世的起始时间”。

关键词: 人类世, 四海龙湾, 地表风化, 毁林垦荒, 东北地区, 人口增长

Based on a global comparison of geological records, the International Anthropocene Working Group (AWG) determined that the onset of the Anthropocene was sometime in the mid-twentieth century (~1950 CE), and the Sihailongwan Maar Lake has been included as one of the candidate sites for the Global boundary Stratotype Section and Point (GSSP) of the Anthropocene. However, humans had a profound impact on the environment of the areas around Sihailongwan Maar Lake even before 1950 CE. Historical sequences of TOC contents, C/N ratios, δ¹³C_org values, Ca/Ti ratios, and concentrations of silicate major elements, such as Si, Al, and K, since 900 CE were reconstructed, with the average resolution being ~10 a, to explore the history of human activities in this region under the background of climate change. Human activities have significantly increased since 1850 CE, and changes in the measured proxies during the Medieval Warm Period and Little Ice Age before 1850 CE generally follow natural laws. The changes in the measured proxies during 1850-1950 CE indicate a rapid population growth, which damaged vegetation and resulted in intensified weathering and deviation of the surface environment evolution from the natural state. Hence, humans had started to be an important force for the geological environment; nevertheless, the changes during this period resulted in mostly local signals. After 1950 CE, the C/N ratios and δ¹³C_org values decreased continuously, indicating that the environmental status of the area around Sihailongwan Maar Lake changed once again under the new government and advanced productivity. This was in sync with the Great Acceleration of the global geological environment and supports the conclusion of the AWG that the onset of the Anthropocene was sometime in the mid-twentieth century.

Key words: Anthropocene, Sihailongwan Maar Lake, Weathering, Deforestation and reclamation, Northeast China, Population growth

中图分类号:

P534

图1 四海龙湾玛珥湖的地理位置与样品
（a）四海龙湾玛珥湖的地理位置；（b）采样点；（c）岩芯顶部外观

Fig. 1 The site of Sihailongwan Maar Lake and sampling
（a） Location of Sihailongwan Maar Lake；（b） Sampling site；（c） Image of the shallow core

图2 四海龙湾沉积物岩芯的定年结果
（a）用于本研究岩芯顶部17.5 cm相对定年的四海龙湾岩芯形貌及其已有的纹层定年结果 ^{［

14
］}；（b）SH19J的年代—深度曲线；（c）SH19J的沉积速率—深度曲线；AMS ¹⁴C年代控制点上的黑色线为AMS ¹⁴C定年误差范围

Fig. 2 Dating result of Sihailongwan Maar Lake core
（a） The core image and its previous lamination dating result ^{［

14
］} for relative dating of the top 17.5 cm of the studied core；（b） The age-depth curve of core SH19J；（c） The corresponding sedimentation rate-depth curve of core SH19J. The black bars on the AMS ¹⁴C age control points represent the error range of the AMS ¹⁴C dating

表1 SH19J植物残体 AMS ¹⁴C定年结果

Table 1 The AMS ¹⁴C dating results of plant residues from core SH19J

样品编号	对应深度/cm	多样合并的平均深度/cm	¹⁴C年代/（¹⁴C a BP）	误差/（2σ）	校正时间	校正误差区间
SJ054-058	33.0~35.5	34.3	375	30	1492年	1456—1519年
SJ075	45.9	45.9	645	30	1363年	1357—1391年
SJ105-113	64.1~68.4	66.3	1 215	30	819年	782—881年

表1 SH19J植物残体 AMS ¹⁴C定年结果

Table 1 The AMS ¹⁴C dating results of plant residues from core SH19J

样品编号	对应深度/cm	多样合并的平均深度/cm	¹⁴C年代/（¹⁴C a BP）	误差/（2σ）	校正时间	校正误差区间
SJ054-058	33.0~35.5	34.3	375	30	1492年	1456—1519年
SJ075	45.9	45.9	645	30	1363年	1357—1391年
SJ105-113	64.1~68.4	66.3	1 215	30	819年	782—881年

图3 四海龙湾玛珥湖沉积物多指标的历史记录及其与东北地区的气候变化和人口历史序列的对比
（A）公元900年以来四海龙湾（a）温度、（b）降水、（c）TOC含量、（d）C/N（摩尔比）、（e）δ ¹³C _org（蓝色线）和南极Law Dome冰芯记录大气CO ₂的δ ¹³C（棕色线，双重反褶积的结果） ^{［

24
］}、（f）Ca/Ti历史序列、（g）东北地区人口历史序列 ^{［

18
-

21
］}。其中温度选用综合观测、树轮、泥炭重建的东北地区温度序列 ^{［

16
］}（深红色线），降水选用四海龙湾孢粉模拟重建古降水量变化序列 ^{［

8
］}（青色线）和树轮重建辽宁西北部1828年以来的降水序列 ^{［

17
］}（绿色线）；黄色/红色阴影区指示1850—1950年/1950年后的异常变化。（B）为（A）1750年后的放大

Fig. 3 Comparison historical sequences of multiple proxies of Sihailongwan Maar Lake sediments with climate change and population of Northeast China
A Sihailongwan maar Lake sediments：（a） temperature，（b） precipitation，（c） TOC contents，（d） C/N atomic ratios，（e） δ ¹³C _org （blue line） and atmosphere δ ¹³C-CO ₂ obtained from Law Dome ice core， Antarctica （brown line， results of the double deconvolution） ^{［

24
］}，（f） Ca/Ti ratios historical sequences； ^{historical sequences of climate change，（g） population in Northeast China^{［

18
-

21
］}. Among them， the temperature sequence of Northeast China was reconstructed using comprehensive observations， tree rings， and peat^{［

16
］}， the precipitation sequence was reconstructed using the spore pollen simulation of Sihailongwan Maar Lake^{［

8
］} （cyan line）， and precipitation sequence since 1828 CE in northwest Liaoning Province was reconstructed using tree rings^{［

17
］} （green line）. The yellow/red area indicates abnormal changes during 1850-1950 CE/post-1950 CE. （B） is the enlargement of the post-1750 CE part of （A）}

图4 公元900年以来四海龙湾玛珥湖沉积物部分地壳主要元素含量和岩石成因碎屑含量历史序列的对比
（a）Ca含量；（b）Ti含量；（c）Si含量；（d）Al含量；（e）K含量；（f）岩石成因碎屑含量 ^{［

34
］}。蓝色区属于小冰期，黄色区指示1850—1950年的异常变化，红色区为AWG所建议的人类世时期。为便于观察1850年以后的变化趋势，将1750年以后的做了放大。“岩石成因碎屑”是沉积物经30%双氧水、10%盐酸和0.5 mol/L氢氧化钠加热处理后的残留物 ^{［

34
］}

Fig. 4 Comparison of the historical sequences of concentrations of partial Earth crust major elements and minerogenic clastic contents of Sihailongwan Maar Lake sediments
（a） Ca concentrations；（b） Ti concentrations，（c） Si concentrations，（d） Al concentrations，（e） K concentrations，（f） Minerogenic clastic contents ^{［

34
］}. The blue area belongs to the LIA； the yellow area indicates abnormal changes during 1850-1950 CE， the red area indicates the Anthropocene Epoch proposed by the AWG. For the convenience of observing the trend of changes after 1850 CE， the scale after 1750 CE is enlarged. “Minerogenic clastic” here refers to residue of sediment after heating with 30% hydrogen peroxide， 10% hydrochloric acid， and 0.5 mol/L sodium hydroxide ^{［

34
］}

图5 中华人民共和国成立后东北地区主要粮食作物产量的变化（5年分辨率）^{［

41
］}
红色线为C ₄作物（a），蓝色线为C ₃作物（b）

Fig. 5 Changes in the yield of major grain crops of Northeast China after the founding of the People's Republic of China （with resolution of 5 years）^{［

41
］}
The red （a）/blue （b） lines indicates C ₄/C ₃ crops

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