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本文选择毛乌素沙漠东南缘萨拉乌苏河流域的米浪沟湾剖面作为研究对象,该剖面自晚第四纪以来共有87个层序,即0MD~86LS,含1层现代流动沙丘砂,36层风成的古流动沙丘砂、4层风成的古固定-半固定沙丘砂、15层丘间洼地相、22层湖沼相和9层古土壤。这些沙丘砂与其上覆的丘间洼地相、湖沼相或/和古土壤互相叠覆,构成了45个沉积旋回。通过对米浪沟湾剖面的高密度采样,结合剖面32个层位的39个测年数据建立起的时间框架,根据地层岩性、粒度、磁化率、化学元素、CaCO3、有机质等气候代用指标的分析研究,建立了毛乌素沙漠南缘晚第四纪以来东亚古季风气候变化序列,鉴别出了若干千年尺度的气候事件,主要进展如下:
1、建立了毛乌素沙漠150ka B.P.以来的时间序列,米浪沟湾剖面6个阶段分别为MGS1(0MD~19DI)0~11.6 ka B.P., MGS2(20D~32D)11.6~28.9 ka B.P.,MGS3(33LS~47LS)28.9~57.0 ka B.P., MGS4(48D~60D)57.0~75.08 ka B.P.,MGS5(61S~84S)75.08~132.7 ka B.P.和MGS6末期(85FD~86LS)132.7~150 ka B.P.在时间和气候性质与MIS1-6各个阶段有很好的对应关系。MIS1、MIS3、MIS5a、5c、5e和MIS2、MIS4、MIS5b、5d、MIS6分别代表了温暖和寒冷气候,而MGS1、MGS3、MGS5a、 MGS5c以及MGS5e和MGS2、MGS4、MGS5b, MGS5d、MGS6层段的沉积相组合和各个气候代用指标恰恰反映出这分别主要是干冷和暖湿气候的结果:以夏季风主导,发育丘间洼地相、湖沼相和古土壤的MGS1、MGS3、MGS5a、MGS5c、MGS5e层段,Mz(φ)、磁化率、碳酸钙、有机质含量、Al2O3/SiO2等气候指标显示当时的气候相当温暖;以冬季风为主导,堆积沙丘砂的MGS2、MGS4、MGS5b、MGS5d和MGS6阶段,各气候代用指标显示当时非常干旱寒冷。
2、米浪沟湾剖面丘间洼地相、湖沼相和古土壤是暖湿环境下的产物,沙丘砂是冷干环境下的结果。一个由沙丘砂和上覆的丘间洼地相、湖沼相或古土壤组成的沉积旋回指示了一个干冷—相对暖湿旋回,也可以视其为一个冬季风时期被嗣后的夏季风时期所替代的一个气候旋回,晚第四纪以来毛乌素沙漠经历了46次冬季风和45次夏季风的气候波动,形成了45个冬季风和夏季风的交替旋回,同时沙漠的演化出现了46次正过程和45次逆过程。
3、米浪沟湾剖面全新世沙丘砂所显示出的8个冷谷与北大西洋的8次寒冷事件相对应;12~150ka B.P.以来的Mz(φ)、磁化率等气候代用指标曲线在丘间洼地相、湖沼相、古土壤层位显示出颇为醒目的35个暖峰。末次冰期中格陵兰冰芯氧同位素所记录的D/O1-20的暖阶在米浪沟湾MGS2-MGS4层段中都可以找到记录,米浪沟湾暖湿波动频次甚至更高(25次);MGS5层段的W26-31在时间上可与三宝洞石笋和格陵兰冰芯氧同位素所记录的A21-25和D/O21-25的暖阶对应,各气候代用指标曲线在MGS5e表现出来的形态与GRIP冰芯中MIS5e1-5e5三峰两谷的特征基本吻合。
4、通过米浪沟湾剖面150ka B.P.以来气候变化与格陵兰冰芯、北大西洋深海沉积等气候变化的对比发现,萨拉乌苏河流域气候环境变化受北半球65°N夏季太阳辐射量变化控制。150kaB.P.以来北纬65°N曲线上具有6峰6谷。前者的极值出现在距今10ka、31ka、55ka、81ka、103ka和126ka,后者的极值出现在距今21ka、41ka、69ka、93ka、114 ka和137ka。MGS1-6层段Mz(φ)的暖峰与太阳辐射量的6个峰值对应关系良好;Mz(φ)的冷谷与之的对应亦然。地球轨道变化决定了地表所受太阳辐射量的多少,从而导致米浪沟湾剖面各层段气候性质的变化。
米浪沟湾剖面记录的千年尺度的暖阶和冷阶叠加于轨道周期之上,但绝大多数峰谷能够与深海、格陵兰冰芯和石笋的氧同位素曲线上反映出来的D/O循环等一一对应,说明由米浪沟湾剖面揭示出来的冬夏季风旋回导致的沙漠期与间沙漠期的相互更迭,或许也是在具有全球气候振荡背景下的产物。决定季风环境变化的一个至关重要的原因是,极地—北大西洋海冰、欧亚大陆冰盖范围和北极锋锋面移动有关的气温变化,从而通过冷气团影响西伯利亚—蒙古高压的强度。千年尺度的气候振荡事件频率与持续时间具有很好的重现性,证实了太阳辐射和大陆冰盖控制下的地球平均气候状态决定了千年尺度气候振荡事件发生的频率和强度。