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沙漠沉积记录是过去全球变化研究(PAGES)的重要载体之一。巴丹吉林沙漠特殊的地理位置--既处于我国东、西部沙区的过渡地带,又位于现代冬季风的出口和夏季风的尾闾,赋予了它在我国沙漠第四纪环境演变研究中的独特优势和必要性。然而,相对其它沙漠而言,巴丹吉林沙漠第四纪环境演变研究却明显不足。因此,加强对该区第四纪环境演变的研究,既能促进我国季风边缘沙区乃至整个北方沙区第四纪环境演变的研究进展,又能为我国东亚季风进退变化及其对全球气候变化的响应等研究提供重要依据。
本论文选取的查格勒布鲁剖面(简称查格剖面),位于巴丹吉林沙漠南缘雅布赖山西侧的山前倾斜平原区,为一流水切割出露广泛而完整的地层剖面,剖面垂直方向上呈现多层序的风成砂与粘土等相交替的沉积旋回,良好的记录了该区末次间冰期以来气候环境的变化历史。近20多年来对其进行的一系列研究对于认识巴丹吉林沙漠东部晚第四纪万年时间尺度的沙漠演化和气候变化以及对全球气候的响应等问题都提供了较为积极的资料支持,对于解决诸如巴丹吉林沙漠形成时代以及高大沙山形成机理等矛盾问题也提供了一丝线索。但该剖面存在一个明显的缺点,即分辨率较低,不能支持更为精细的研究。因此,2007年对该剖面重新进行了系统加密采样和年代测试分析。本文即在对查格新剖面最新数据分析的基础上,建立了巴丹吉林沙漠晚更新世晚期(大约35 ka B.P.)以来的古气候变化序列,鉴别出了若干千年时间尺度的气候突变事件,并通过与区域及全球气候变化的对比讨论了该区气候变化的可能机制。主要认识和结论如下:
1,通过对查格新剖面沉积相、粒度、磁化率、碳酸钙、有机质、重矿物及软体动物化石等资料和数据的详细分析,明确了各气候代用指标在本区的环境指示意义:平均粒径指示东亚冬、夏季风风力强度的相对变化；粒度敏感组分154～400μm百分含量指示冬季风强度的绝对变化和沙漠的进退；<0.05 mm磁化率指示本区风力大小和粉尘沉积速率的大小；粒度敏感组分14.16～35.57μm百分含量指示夏季风的绝对变化及与其相关的总的生物化学风化强度；碳酸钙含量指示降水量的多少；有机质含量指示地表植被覆盖度的大小:软体动物化石的出现指示了温暖潮湿的气候环境；重矿物在本区的气候环境指示意义还不明确。需要注意的是本区碳酸钙和磁化率的环境指示意义与黄土高原地区存在不同。
2,通过各指标之间的对比,发现各指标之间对应良好,较好的揭示了本区35ka B.P.以来的气候环境变化和冬夏季风的更迭历史。依据它们在地层中的变化趋势和在本区域的气候环境指示意义,结合剖面的时间框架,将35 ka B.P.以来巴丹吉林沙漠南缘地区气候变化过程划分为五个阶段:全新世晚期(4.77～0 ka B.P.)冬季风较强夏季风较弱期、全新世早中期(13.09～4.77 ka B.P.)夏季风较强冬季风较弱期、末次冰盛期(19.0～13.09 ka B.P.)冬季风强盛期、末次间冰阶晚期(26.91～19.0 ka B.P.)夏季风绝对强盛期、末次问冰阶中期(35.6～26.91 ka B.P.)冬、夏季风均很强盛且二者频繁更替期。沙漠演化过程与气候变化过程相对应,全新世晚期、末次冰盛期和末次间冰阶中期三个阶段整体为沙漠扩张期,全新世早中期和末次间冰阶晚期两个阶段整体为沙漠退缩期。35 ka B.P.以来至少发生了18次沙漠正过程和17次沙漠逆过程。
3,通过与深海沉积、冰芯、黄土-古土壤序列、石笋等气候记录的对比,发现本区气候变化在全球气候变化大的框架下,表现出较强的不稳定性和区域性。前者主要表现为全新世含有8次较为明显的千年尺度的气候变冷事件、末次冰期晚期含有至少9次较强的千年尺度的变暖事件；后者主要表现在“异常暖湿”的MIS3晚期和“不太冷”的末次冰盛期。
4,全新世期间气候变冷事件主要发生在2.17～0 ka B.P.、4.08～3.35 ka B.P.、4.77～4.26 ka B.P.、6.04～4.96 ka B.P.、6.46～6.25 ka B.P.、7.66～7.46 ka B.P.、9.09～8.89 ka B.P.、9.64～9.40 ka B.P.期间；末次冰期晚期气候变暖事件主要发生在15.57～14.48 ka B.P.、17.69～16.43 ka B.P.、21.96～18.98 ka B.P.、25.26～22.74 kaB.P.、26.91～25.67 ka B.P.、29.77～28.24 ka B.P.、31.30～31.11 ka B.P.、34.0～33.24ka B.P.、35.13～34.98 ka B.P.期间。
5,通过本区气候变化和MIS3晚期、全新世大暖期等气候特征时段与其它气候记录的对比以及本区35 ka B.P.年以来东亚冬、夏季风变迁及其相互关系的探讨,认为本区气候环境既表现出了全球冰量“渐变”的变化特征,又表现出了格陵兰冰芯“突变”的变化特征,还表现出了不同于前两者的“区域性”变化特征,因此,认为本区气候环境变化至少受到全球冰量变化、高纬地区与冰量变化呈非线性关系的快速气候波动和低纬夏季日摄量等三种气候机制的影响。