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地球科学进展, 2018, 33(3): 293-304
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2018.03.0293
关中东部全新世黄土—古土壤序列粒度组分变化特征及古气候意义
Characteristics of Holocene Loess-Palaeosol Particle Size Composition and Paleoclimatic Significance in East Guanzhong, Shaanxi Province
王兆夺, 黄春长*,, 周亚利, 庞奖励, 查小春
陕西师范大学地理科学与旅游学院 地理学国家级实验教学示范中心,陕西 西安 710119
Wang Zhaoduo, Huang Chunchang*, Zhou Yali, Pang Jiangli, Zha Xiaochun
Department of Geography Shannxi Normal University National Demonstration Center for Experimental Geography Education, Xi’an 710119 ,China
 引用本文:
王兆夺, 黄春长, 周亚利, 庞奖励, 查小春. 关中东部全新世黄土—古土壤序列粒度组分变化特征及古气候意义[J]. 地球科学进展, 2018, 33(3): 293-304, doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2018.03.0293
Wang Zhaoduo, Huang Chunchang, Zhou Yali, Pang Jiangli, Zha Xiaochun. Characteristics of Holocene Loess-Palaeosol Particle Size Composition and Paleoclimatic Significance in East Guanzhong, Shaanxi Province[J]. Advances in Earth Science, 2018, 33(3): 293-304, doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2018.03.0293

摘要:

通过在陕西关中东部的一条全新世黄土古土壤剖面(尧禾村剖面)进行高分辨率采样,对150个样品的粒度数据做了端元分析,并进一步对各端元组分含量在深度变化的时间尺度上做了小波变换。粒度端元分析结果认为,可以把代表3种不同沉积动力以及改造动力的组分端元分离出来。并结合磁化率、地球化学指标的对比分析,初步认为,尧禾村剖面端元1可能代表了沉积物沉积后在东亚夏季风作用下的风化及成壤改造作用;端元2可能代表了东亚冬季风作用下典型的风成黄土组分特征;端元3可能代表了区域东北风或北风搬运的近源沉积物。小波分析认为,各端元所代表的动力强弱大致在1.5,3.0和4.5 ka的尺度上具有较为明显的准周期性。通过对沉积物进行粒度端元划分,在识别沉积物沉积动力环境和物源特征上具有良好的效果,各端元组合特征能够很敏感地反映出沉积动力组合特征,对全新世各动力变化特征能够很好地反映,同时在更长时间尺度上重建古季风气候具有参考意义,应用小波分析对划分相应时间尺度上的周期性和推断未来可能的变化趋势提供了可能。

关键词: 全新世 ; 黄土—古土壤; ; 粒度 ; 端元分析 ; 古气候

Abstract:

This paper made an end-member analysis of particle size data collected from 150 samples based on the continuous Holocene Loess-Paleosol profile (Yaohecun profile) in east Guanzhong, Shaanxi Province. Wavelet analysis was also performed for the EMs along the time scale of depth.The result shows that three end members can be separated from different sediment particle sizes. Based on comparative analysis of magnetic susceptibility and geochemical index, it was considered that the End-member 1 might indicate the weathering and pedogenic remoulding after sediment deposition under the east Asian summer monsoon. The End-member 2 might indicate dynamic effect of dust storm accumulation under the influence of northwest monsoon, representing typical component characteristics of aeolian loess.The End-member 3 indicated the stronger transporting force for coarse components, which should belong to the northeasterly winds for the coarse-grained near-source sediments from the Yellow River flood plain. Results of wavelet analysis show that each EM has different periodic characteristics at 1.5 ka, 3.0 ka and 4.5 ka scales.The End-element analysis method has a good effect in indicating the sedimentary environment and provenance characteristics of sediments. The combination characteristics of each End-member can reflect the characteristics of sedimentary dynamics combination and can well reflect the Holocene dynamic change course. At the same time, it hasreference significance to reconstruct the paleoclimate on the longer time scale.The wavelet analysis method provides significant results in terms of inversion cycles and trends of dynamics change of sedimentary particle size within each EM.

Key words: Holocene ; Loess-palaeosol ; Particle size ; End member analysis ; Palaeoclimate.
1 引言

中国的黄土高原是世界黄土分布最广,沉积厚度最大的地区,因其沉积连续性较好,并且承载着沉积过程中的气候环境信息而和深海沉积物、极地冰芯一道被称为全球古气候三大信息库[1,2]。沉积物的粒度是反映沉积物特征的有效理化指标之一,其特征受到沉积动力、沉积环境等因素的控制,因此,黄土粒度在反演古气候和古环境中得到了较为广泛的应用。典型中国黄土沉积的物源主要在西北荒漠,同时受到高空西风带控制下的远源粉尘输入也有一定贡献[3]。黄土全样粒度在判断气候信息方面还存在不确定性[4],常用的有“中值粒径”[5,6]、“粗细颗粒比值”[7,8]和“粗颗粒含量” [9,10]等,因为沉积物在沉积过程以及后期改造过程中,受到了多种因素的综合作用,这无疑对利用全样粒度特征反演单一动力造成了一定的困难。端元分析模型的提出[11,12],可以将沉积物粒度全样数据有效地分解,减少人为因素引起误差的同时,可能对分解出的各沉积物端元组分加以识别。端元分析方法在识别沉积物各动力组分中也得到了广泛应用[13,14,15,16,17,18,19]。鉴于此,本文对一条具有典型区域代表性的全新世黄土古土壤剖面沉积物粒度做了端元划分和相应时间尺度上的小波变换,以判断不同沉积动力和后期改造动力的强度及其可能的周期性特征。

2 研究区概况

研究区位于关中盆地东部,区内黄土地貌非常发育,其黄土台塬、冲积平原普遍常见,台塬一般平坦。关中地区属于暖温带大陆性季风气候,多年平均气温11.4 ℃,多年平均降水量577.8 mm(图1a)。根据中国风资料统计,在1961—1970年研究区及其以北地区主要优势风向为西北风、北风、东南风和区域东北风[20](图1b)。

本文以尧禾村(YHC)剖面为研究对象,其位于白水县尧禾村外平坦的台塬面上(35°16'7.56″N,109°29'2.99″E)(图1),海拔930 m。剖面为一个自然形成的陡坎,高约5 m。通过详细观测,明显表现为沉积连续的黄土古土壤地层序列,没有受到明显的扰动,该剖面较完整地保存了全新世以来的沉积信息。根据野外观察和实验分析相结合对剖面进行划分(图2, 表1)。


图1

白水县尧禾村黄土古土壤剖面位置(a)及周边若干地点1961—1970年优势风向(b)

Fig.1

The site of the Yaohecun(YHC) profile of loess palaeosol in East Guanzhong(a)and the diagram showing the most frequency characteristics of wind in ten years from 1961 to 1970 in study area(b)

表1

白水县尧禾村(YHC)剖面地层划分与特征

Table 1

Pedostratigraphic descriptions of the YHC profile

3 研究方法

对选取的YHC剖面,清理表层较为松散的风化面,露出新鲜面,从地表开始往下以2 cm为间隔连续采样,共采得沉积物样品150个。样品在实验室自然风干,颜色描述采样标准比色卡对比(中国科学院南京土壤研究所编制)。磁化率采用英国Bartington公司生产的MS-2型磁化率仪测量,样品粗研磨后称取10 g,置于无磁性样品盒内测试,对每个样品进行低频(Xl)和高频(Xh)测试,连续测量3次,取平均值。粒度采用英国Malvern公司生产的Mastersize-2000型激光粒度仪测量。称取0.8 g样品,用10%的HCl和10%的H2O2去除碳酸盐和有机质,加满蒸馏水,静置3天,用吸管吸掉上面水分,加入30%六偏磷酸钠用超声波震荡使其均匀分散,加入激光粒度仪进行测试。地球化学元素测试,称取样品若干(约30 g)放在洗干净的铝盒中于40 ℃的烘箱中烘干,然后用磨样机磨碎,用磷酸钠压片,压成圆形薄片,然后在X-Ray荧光光谱仪进行化学元素测定。

研究剖面符合根据我们建立的全新世黄土古土壤年代地层框架和西部临近的长水县二趟村(ETC)剖面、东侧河南新郑格大张剖面地层进行对比,并且通过OSL年代控制点以及考古文化层对比判断,认为本研究剖面年代符合全新世黄土古土壤年代地层框架,由此我们把典型马兰黄土开始出现明显成壤的位置(220 cm)定位全新世的起点11 500 a BP, 将成壤强度最强的部分划分为S0,S0下界(约170 cm)定为8 500 a BP,S0的上界(100 cm)定为3 100 a BP[21,22](图2)。通过剖面对比,将剖面最底部预估为15 500 a BP。

对沉积物粒度数据,应用沉积物粒度端元模型做分析。Weltje等[11,12]认为沉积物组分往往由不同物源的颗粒物在不同的搬运动力或者改造动力综合作用下沉积形成,就此提出了沉积物端元组分的概念,是根据一组样品的沉积学粒度特征从统计学意义上对各不同端元组分进行鉴别,Paterson等[23]在此基础上基于Matlab软件进行了改进。本文采用新的端元分析模型[23],在Matlab中运行端元计算程序(AnalySize Software),导入粒级数据在假设端元数为1~10的基础上,对粒度数据进行Nonparametric EMA计算,在端元数增大的情况下,粒级复相关系数R2逐渐接近于1(R2达到0.8以上说明端元数基本满足拟合的要求)和角度偏差变小的平衡拟合(角度偏差逐渐变小,说明随着端元数的增大,数据拟合得越好,大于3就不需要再分更多端元),由此可见可以拟合3个端元组分(图3),本文最终选择3个端元进行反演。


图2

白水县尧禾村(YHC)剖面和二趟村(ETC)剖面、格大张(GDZ)剖面地层对比[21,22]

Fig.2

The stratigraphy comparison of YHC profile, ETC profoile and GDZ profile[21,22]


图3

端元划分的线性相关和角度离差

Fig.3

Linear correlation and Angular deviation of end members

小波分析是一种利用小波函数将以时间序列上的频谱信号进行变换分解,使其不同频率的信号能够在不同的时间尺度上更好地显示的方法,它能够有效识别不同尺度上的周期性[24]

4 结果与讨论

根据沉积物各粒径范围对应的体积百分含量,各沉积单元所有样品的算术平均值,绘制沉积物频率分布曲线图(图4a)。可以看出剖面上黄土古土壤各地层单元沉积物各粒径分布差异较小,结合谢帕德三角分类[25],判断出尧禾村剖面沉积物属于粉砂与黏土质粉砂过度类型(图4b)。端元分析方法能够根据沉积物样品总体频率特征有效地提取不同端元组分,对研究各动力特征具有明显的优势。据此,本文尝试引进端元分析方法,对黄土高原中部南侧关中盆地东部尧禾村剖面沉积物粒度数据做端元分析,旨在通过识别不同的端元组分来识别相应时间尺度上各影响动力的变化过程。


图4

白水县尧禾村(YHC)剖面粒度频率曲线(a)和谢帕德三角分类(b)

Fig.4

The grain size frequency curves(a) and triangle diagram of Shephard(b) of YHC profile

通过对尧禾村(YHC)剖面沉积物粒度端元分析,对所分离出的3个端元做粒级频率曲线(经归一化处理),从粒级频率曲线图(图5)可以看出,不同端元曲线具有不同的形态特征,并结合其他因素来判断在最大可能性的情况下,各曲线端元所代表的沉积学沉积动力或改造动力。端元组分的平均粒径,从端元1到端元3依次增大;端元组分的分选系数均较大,说明分选性均较差,端元3分选性最差, 呈现明显细尾特征,端元1次之,曲线平缓,端元2分选性相比较稍好,曲线呈近正态分布;它们的偏度系数,端元3最大,端元2次之,端元1最小;峰度系数,端元2最大,端元3次之,端元1最小,3个端元的最主要组分均为粉砂质组分(图5,表2)。


图5

白水县尧禾村(YHC)剖面各端元频率分布曲线

Fig.5

Frequency distribution curves of each end member in the YHC profile

表2

关中东部白水县尧禾村(YHC)剖面各端元粒度参数特征

Table 2

The end member parameters characteristic of YHC profile

在对各端元曲线形态分析的基础上,进一步对沉积物中各端元组分含量、磁化率以及地球化学指标在深度上做对比。从端元组分含量上可以看出,端元1与端元2和端元3在深度上呈现出相反的变化趋势,端元1在S0地层中含量明显增高,端元2和端元3组分含量总体上在各地层中变化特征较为接近。端元组分含量结合粒度组分可以看出,端元1与磁化率、CIA、Rb/Sr曲线形态较为对应,而端元2和端元3与之呈现出相反的变化关系。磁化率的高低往往受到诸多因素影响,但是在假定物源一致的情况下,其垂向上的变化可以作为东亚夏季风的代用指标,一般磁化率高,代表了温湿气候环境[27,28]。化学蚀变指数(CIA=[Al2O3/(Al2O3+CaO+K2O+Na2O)]×100)是利用常量元素判断化学风化程度的指标,可以有效地指示长石风化成黏土矿物的程度,其值越大,说明风化程度越强[29,30]。Rb/Sr是微量地球化学元素指示降雨量变化的指标,其Rb/Sr值指示了沉积物经化学风化的程度,其值越高表明风化作用越强烈[31,32,33]。从各地层单位的组合上来看,端元2和端元3在近地表的TS和L0地层中较多,在中部地层S0中明显贫化,端元2在下部地层Lt和L1中较多,而端元3在下部地层含量较少(图6)。


图6

白水县尧禾村(YHC)剖面沉积物粒度端元组分和其他相应气候指标垂向上变化特征

Fig.6

The changing of climatic indexes and each end member content in depth of YHC profile

基于上述理由,可以初步认为端元1可能指示了对已有的风成沉积物的风化及成壤改造作用,由于不同矿物颗粒抗风化能力的差异性,使得其总体上粒径变小,差异性变大,分选变差;端元2则可能代表了东亚冬季风动力条件下,通过沙尘暴的形式从西北荒漠中搬运而来的较粗颗粒组分;端元3和端元2曲线在深度变化形态上较为接近,端元3粒度较端元2组分更粗,通过本区及北边若干地点10年的最优风向统计,认为西北风向、北风向以及东北风向均为优势风向,结合我们对新郑格大张(GDZ)剖面“郑州黄土”认识[30]的基础上,也做了沉积物端元划分(另文发表),格大张剖面端元3组分与尧禾村剖面端元3组分含量在深度变化形态特征上基本一致,其颗粒组分更细,说明自东向西的一个变细过程。由此初步认为尧禾村剖面端元3可能也代表了东北风搬运较粗粒的黄泛平原沉积物所形成的风沙流沉积物,“郑州黄土”的成分可能在关中东部地区也有分布。对于端元3的推测,也可能其物源是在区域北风的作用下,从毛乌素沙地搬运而来的近源沉积物,其理由是霍文等[34]通过对中国北方主要沙漠沙尘粒度特征的比较研究中,认为毛乌素沙地的沉积物频率分布曲线为窄型,且具有偏离程度很大的正偏(Ф值为负偏)特征,其他沙地沉积物的粒度频率分布曲线则为较宽或者中等型,负偏(Ф值为正偏)特征,而且3 100 a BP以来无论是黄泛平原有了广泛的发育,还是毛乌素沙地环境有巨大的变迁,均会对研究区的沉积物物源起到很重要的影响作用。就此,目前对于判断端元3确切的来源有困难,有待做进一步的工作。

本剖面地层中170 cm以下为晚更新世风成黄土层L1和全新世过渡型黄土层Lt,总体上其各端元均有分布,但以端元2为主要组分,可达50%以上,端元1次之,而端元3组分较少,此现象说明相比较上部地层,L1黄土层中风化成壤改造作用及黄河泛滥平原或毛乌素沙地的发育较弱;在170~100 cm的深度端元1为最主要组分,可达60%以上,端元3次之,端元2更少,说明在8 500~3 100 a BP的全新世大暖期,东亚夏季风加强,处于气候温湿阶段,古土壤化作用强烈;L0和TS地层中,从端元组合来判断,东亚冬季风作用加强,夏季风减弱,风化成壤明显减弱,自3 100 a BP以来,可能由于华北地区黄泛平原普遍发育,同时也可能是毛乌素沙地的进一步沙化,从相对近源搬运而来的较粗颗粒近源沉积物迅速增加,甚至成了主要组分。整个剖面上各端元的综合特征来看,各端元组分呈锯齿状耦合变化能够灵敏地指示出全新世以来气候变化背景驱动下各动力一直处于不停的变化过程中,各动力组分决定了沉积物的组合特征(图6,表3)。

表3

白水县尧禾村(YHC)剖面各端元组分含量、磁化率以及地球化学指标随深度变化对比分析简表

Table 3

Analysis of the depth change of end member contents, magnetic susceptibility and geochemical index of YHC profile

前人就黄土沉积物的粒度组成被用来反演古季风强弱变化过程中认为[8],风力搬运的沉积物粒径一般在500 μm以下,沙丘沙的沉积颗粒较粗,一般为125~250 μm,典型黄土的中值粒径一般为8~31 μm,在沙尘暴搬运过程中,64~500 μm颗粒一般呈近地面跃移状态,搬运距离很有限,16~64 μm颗粒呈短时低空悬浮状态,随着风力的减弱最后干沉降,搬运距离可达100~1 000 km,小于16 μm的颗粒呈长期高空悬浮状态,随降水或吸附于粗颗粒表面而被沉降到地表,甚至可跨半球被长距离搬运。刘东生等[35]通过分析马兰黄土空间上的粒度变化后发现,马兰黄土从西北向东南呈现出沉积厚度减薄,颗粒组成变细的特征。这表明粉尘沉积物颗粒组成同时受到物源和沉积动力的共同影响。刘东生等[36]对洛川黄土剖面的黄土—古土壤序列做了较为详细的粒度变化研究,发现古土壤的粒度组成明显细于黄土,为了探求冬季风强度更为可靠,物理意义更为明确的替代性指标,张小曳等[37,38]提出以大于20 μm的粒度组成作为冬季风强度替代性指标要优于全样的中值粒径;可以用小于1 μm粒级的含量作为东亚夏季风替代性指标。并通过其他气候指标进行对比,由此认为黄土和古土壤序列能够反映全球气候冷暖变化过程。夏季风的动力强弱引起风化成壤作用也会对粒度造成相应的影响,这种影响因子可能会对抗风化能力不同的矿物颗粒进行改造,形成特定统计学意义上的形态频率分布曲线特征,由此我们在本文中基于上述理解并与其他气候指标进行对比对端元1划分。丁仲礼等[39,40]通过对大量样品的分析发现,黄土的粒度在时间序列上的变化具有明显的周期性。安芷生等[41,42]提出黄土粒度的变化主要是由冬季风的强度变化所控制的,由此可将其作为冬季风变化的一个替代性指标;丁仲礼等[39]则认为,黄土粉尘物质的搬运,尤其是细颗粒的搬运,除冬季风外,西风环流也可能是非常重要的载体,不可能受单一的冬季风强度变化所控制,因此,尽管粒度作为一个气候替代性指标已经得到广泛应用,但其确切的古气候意义极其变化的机制还有待进一步研究。从理论上讲,黄土古土壤母质—粉尘粒度组成的变化主要由风力强度和源区远近控制,而黄土,尤其是古土壤粒度组成的变化还受风化作用(夏季风作用)的影响,因此全样粒度组成是比较复杂的[8]

从沉积物粒度参数来对比(图7),平均粒径和端元3曲线较为接近,由此认为它可能近似地作为北风、东北风强度的代用指标;分选系数和端元2曲线最接近,可以认为它可能近似地指示东亚冬季风的强弱过程;偏度系数和端元1曲线最接近,一定程度上它可能作为东亚夏季风强度的代用指标;峰度系数和端元2曲线最接近,它可能作为东亚冬季风强度的代用指标。沉积学粒级划分上(图8),小于2 μm的粒级组分似乎并不能表现出明显的季风气候特征,2~16 μm粒级组分的变化和端元1较为接近,但是从磁化率及其地球化学气候指标的对比上来看,并不能很好地反映气候过程。在16~63 μm粒级范围的组分变化和端元2最为接近,而63 μm以上的组分变化和端元3较为接近,一定程度上代表着端元3的动力过程。在用粒级组分来代替古季风信息的工作上,张小曳等[37,38]认为1 μm以下的粒级组分能够代表夏季风强度的代用指标,大于20 μm的粒级组分可以代表冬季风的强度指标,但通过本文数据分析,认为小于1 μm的粒级组分变化曲线并不能很好地代表夏季风的强度,而1~5 μm的粒级组分变化曲线能够和端元1曲线很好的对应,所以似乎可以更理想地代表夏季风强度,而5~20 μm的粒级组分和端元2曲线较为接近,所以可能较好地代表冬季风的变化过程,对于大于20 μm的粒级组分,则和端元3曲线形态接近,所以代表了区域东北风或者北风的强度。而从土壤学粒级划分,对比各粒级范围,认为5~10 μm能够较好地反映夏季风强度的代用指标组分,小于1 μm黄土高原不同地点区域其粒级组分是不同的,所以在不同区域上应该具体分析。端元分析方法可从统计学角度很好地拟合识别出可能的不同端元动力组分,且具有较好的效果,这对于黄土古土壤季风动力的反演具有很好的参考价值(图9)。


图7

白水县尧禾村(YHC)剖面沉积物粒度参数在深度上的变化特征

Fig.7

Variation of sediment grain size parameters in depth in YHC profile


图8

白水县尧禾村(YHC)剖面沉积物沉积学粒级组分划分在深度上的变化特征

Fig.8

Variation of sediment grain-size fractions by sedimentary in depth in YHC profile


图9

白水县尧禾村(YHC)剖面沉积物土壤学粒级组分划分在深度上的变化特征

Fig.9

Variations of sediment grai-size fractions by soil science in depth in YHC profile

黄土古土壤粒度具有明显的周期性特征[39,40], 所以通过对3个沉积端元组分的分析判断,进一步对其晚更新世以来各端元组分所代表的动力过程进行周期性和未来趋势的判断。其他学者采用小波变换在周期性判断上取得了良好的效果[43,44]。尧禾村剖面沉积过程速率并非均一(图2),黄土松散沉积物其年代学数据在深度分辨率上具有很大的局限性,在把深度尺度转换成高精度时间尺度的过程中有一定的局限性,作者假定在同一地层单元中其沉积速率基本是均匀的,则采取全新世黄土古土壤年代地层框架以100年为分辨率对其年代在深度尺度上进行插值处理,在Getdate软件中各沉积单元分别栅格化取值,获得深度点对应的年代数据。对尧禾村(YHC)剖面沉积物各沉积端元的划分,作者进一步对各端元组分以含量信息为频率,以插值年代为变量做小波变换。通过对比,最终采用连续小波分析(Continuous Wavelet1-D/morl)对原信号进行小波变换处理。通过对各端元小波分析对比,结果认为各端元组分含量信号在剖面深度上呈现出旋回特征,且在不同的尺度上具有不同的周期。根据小波分析结果图可以看出,各端元均在大约1.5,3.0和4.5 ka的尺度上具有明显周期性。端元1在1.5 ka尺度上目前处于高值向低值过渡阶段,后期可能会进入低值阶段。在3.0和4.5 ka的尺度上目前处于高值阶段,后期可能会持续高值一段时间;端元2在各尺度上目前均处于高值向低值过渡阶段,后期可能会进入低值阶段;端元3在1.5 ka在尺度上目前处于高值阶段,未来可能会进入低值阶段。在3.0和4.5 ka尺度上8.5 ka BP以来周期明显,8.5 ka以前周期性较微弱,目前处于低值阶段,未来将会处于低值阶段较长时间(图10)。


图10

白水县尧禾村(YHC)剖面各端元百分含量在时间尺度上的小波变换

Fig.10

The wavelet analysis of YHC profile each end member content in time scale

全新世以来气候周期性研究,在千年—百年尺度上其他学者做了大量的研究工作,因为代用指标不同,不同的年龄分辨率,百年的周期其表现出来的周期性差异较大。但是对于1.5 ka左右的周期,意见较为统一[45,46],例如Bond等[47]在北大西洋深海沉积揭示了全新世后期典型的1.5 ka准周期, 阿拉伯粉尘中也提取出了1 450~1 470年的周期[48],北美湖1.5 ka周期[49],欧亚史气候1.2 ka周期[50],民勤湖泊记录的1.6 ka周期[51,52],1 500年的气候准周期与发生在末次冰期阶段的Dansgaard Oeschger 旋回周期非常接近[45]。本文所显示的3.0和4.5 ka尺度的周期的存在,其他学者的研究中少见,但是从1.5 ka周期的叠加来考虑,可能属于1.5 ka准周期的叠加周期,而1 ka以下的周期由于黄土本身的分辨率,年代插值过程中的误差等因素,可信度应较低,所以本文综合上述理应,对各端元的周期性划分主要考虑1.5 ka的准周期。

5 结 论

从陕西关中东部尧禾村全新世黄土古土壤剖面的粒度实验数据分析,可知端元分析能够有效地提取出沉积样品中的各粒度端元组分。本研究将尧禾村剖面沉积粒度组分分为3个端元:认为端元1可能代表了沉积物在沉积之后受到的风化成壤的作用影响;端元2则可能代表了东亚冬季风作用下的动力组分特征,其物源为从西北荒漠搬运来的沙尘暴沉积物,属于典型原始的风成黄土组分;端元3可能代表了东北风搬运较粗粒的黄泛平原沉积物所形成的风沙流沉积物,也可能是由北风携带而来的毛乌素沙地的近源沉积物,对此难以确切地判断,有待做进一步工作。端元分析方法在黄土古土壤剖面,利用粒度分析数据反演各沉积动力环境上具有很好的效果,能够比较有效地指示出研究时间范围内各端元动力的变化特征。

通过对各端元曲线进行小波分析,认为各端元均分别在3个不同的时间尺度上呈现出较为明显的准周期性,代表东亚夏季风动力强弱的端元1的变化趋势判断,1.5 ka的准周期上,未来可能减弱,3.0和4.5 ka的准周期上考虑,未来可能持续一个强的状态;相应的端元2所代表的东亚冬季风在各尺度准周期上未来均将呈降低的趋势;端元3代表区域东北风作用下携带近源黄泛沉积物或者北风作用下搬运的近源沉积物的沉降在1.5 ka尺度上呈减弱趋势,在3.0和4.5 ka尺度上未来可能会继续持续一个弱的状态。

The authors have declared that no competing interests exist.

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Magsci

<正>中国黄土堆积记录了第四纪东亚古季风气候变迁历史[1],黄土古土壤的粒度作为季风气候变化的替代性指标得到了广泛应用[2-7].除了从黄土中分离的石英粒度可作为较好的冬季风强度指标外,在黄土全样粒度指标的选用上还存在着不确定性,现在常用到的就有“中值粒径”、“粗细颗粒比值”[4,5]、“粗颗粒含量”[6,7]等多种,究竟哪一个粒度指标可以作为较敏感的古气候变化代用指标是值得深入研究的.本文以倒数第2次间冰期(S2)以来洛川黄土堆积为例探讨这个问题.

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Magsci

本文系统地测试了陕西洛川黄土-古土壤剖面中的Rb,Sr含量和磁化率。通过对比该剖面2.50MaB.P.以来Rb/Sr曲线和磁化率曲线,发现两者的形状和变化的相位十分相似,然而两者的相对振幅却有明显的差别。Rb/Sr曲线记录了0.80MaB.P.左右一次重要的气候转型界面,揭示了黄士和古土壤内部次一级的气候波动旋回,反映了早更新世黄土高原较温暖潮湿的特点以及更新世以来气候由湿向干的变化趋势。研究表明,Rb/Sr值可以作为衡量东亚夏季风环流强度变化的较为敏感的替代性指标。

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Magsci
本文详细研究了陕西洛川黄土剖面中Rb,Sr的含量变化及其在不同粒级与不同相态中的分布特征。结果表明Rb在粘粒中含量高,基本只存在于残留态中,而Sr则主要分布于砂和粉砂粒级中,并以残留态与碳酸盐结合态为主要赋存相态,因此黄土和古土壤中Rb、Sr含量的差异应与冬季风驱动的粒度分选作用引起的物质组成变化及风驱动的风化成壤强度密切相关。Rb/Sr值变化实际上反映了东一业季风系统的两个相互消长因子--冬季风与夏季风在轨道时间尺度上的循环交互特征。洛川剖面2.6Ma以来Sr含量总体演化趋势与北半球冰量变化模式的相似性验证了高纬度冰盖生长与东亚季风强度之间存在着耦合关系,而Rb含量与磁化率之间极佳的正相关关第为今后用Rb画评估成壤作用对磁化率的贡献成为可能。
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