貴州西部高原末次冰消期氣候記錄及古環(huán)境意義

劉勇 潘雪花 向莉芳 袁智郴 楊作治 李正西 趙增友

摘要：指出了末次冰消期氣候轉(zhuǎn)暖過程和模式一直是第四紀氣候研究的熱點，基于貴州西部高原古湖相沉積剖面的燒失量、含水量等指標，重建了貴州西部高原末次冰消期的氣候演變過程，結(jié)果顯示：14.6 ka BP前，燒失量（101） （1. 82—4. 49%）、含水量（13. 99～26. 10%）整體偏低，指示氣候偏冷，對應(yīng)Hl（Heinrich 1事件）和OD（Older Dryas，古仙女木事件）;14.6～12.6 ka BP燒失量（1.76～6.53%）、含水量（ 12. 88～45. 22%）整體偏高，指示暖期，對應(yīng)BA暖期（Belling - Allered暖期）;12. 6～11.6 ka BP燒失量（1. 15～4.05%）、含水量（10. 01～23. 60%）降低，指示氣候轉(zhuǎn)冷，對應(yīng)YD（Younger Dryas，新仙女木事件）事件;11. 6～9.7 ka BP燒失量（5.05～8.70%）、含水量（30. 29～44. 23%）偏高，對應(yīng)全新世早期。通過與格陵蘭冰芯氧同位素氣候記錄進行對比，發(fā)現(xiàn)貴州西部高原氣候與高緯地區(qū)氣候存在著非常好的耦合關(guān)系;同時通過區(qū)域?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，在氣候的轉(zhuǎn)型特征上貴州西部高原與我國其他地區(qū)氣候記錄相一致。

關(guān)鍵詞：末次冰消期;貴州西部高原;氣候變化;燒失量;含水量

中圖分類號：P467

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0174-05

1 引言

末次冰消期地球表層系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列變化事件，而全球不同地區(qū)以不同的方式回應(yīng)著這些事件的變化過程[1]。末次冰消期氣候的快速波動在眾多氣候載體中得到了不同程度的記錄，云貴高原斷陷湖泊發(fā)育，湖泊沉積物完整地保存了環(huán)境變化信息;末次冰消期以來，千年、百年尺度的快速氣候變化事件一直是國內(nèi)外許多學(xué)者研究的熱點[2]。近幾十年來，科學(xué)界將黃土[3]、深海[4]和湖泊沉積物[5]、石筍[6]、泥炭[7]、樹輪[8]、冰芯[9]等作為古氣候載體，通過高分辨率地重建古氣候演化機制，取得了一系列令人矚目的成果，末次冰消期氣候的快速變化在東亞季風區(qū)的表現(xiàn)也逐漸被人們認識。

王建民等發(fā)現(xiàn)末次冰消期亞洲冬季風發(fā)生4次百年尺度加強事件與格陵蘭冰芯所記錄的氣候變化極為相似[10]：。李森等認為末次冰消期東亞季風區(qū)西北緣發(fā)生氣候快速變化事件可與格陵蘭冰芯檢出的6個氣候階段相對比[11]。程波等重建了青藏高原共和盆地的末次冰消期以來的氣候干濕變化歷史[12]。張俊輝等揭示了末次冰消期東北地區(qū)、東部山地、華南地區(qū)都表現(xiàn)出冷偏濕的氣候特點，而青藏高原卻為冷偏干或涼偏干1[3]。

本研究通過貴州西部高原一古湖相剖面的燒失量、含水量指標分析，并進行區(qū)域?qū)Ρ?，重建了區(qū)域古氣候演化歷程，對彌補貴州西部高原乃至西南地區(qū)末次冰消期高分辨率氣候演化記錄的不足具有重要意義。

2 區(qū)域概況

研究區(qū)位于貴州省六盤水市西南部，如圖1所示，處于云貴高原一、二級臺地斜坡上，大地構(gòu)造屬揚子準地臺上揚子臺褶帶。位于揚子準地臺（I級構(gòu)造）上揚子臺褶帶（Ⅱ級構(gòu)造）的威寧至水城迭陷斷褶束、黔西南迭陷褶斷束以及黔中早古拱褶斷束和黔南古陷褶斷束的極西邊緣[14]。

地勢地貌上，地勢西高東低，中部因北盤江的強烈切割侵蝕，起伏劇烈，平均海拔在1400～1900 m之間。地貌景觀以山地、丘陵為主。

土壤上，土壤類型主要有黃壤土類、山地黃棕壤土類、山地灌木叢草甸土類、石灰土土類、紫色土土類、水稻土土類、潮土土類、沼澤土土類8種。

氣候上，屬北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，受低緯度高海拔的影響，冬暖夏涼，氣候宜人。年均溫13至14℃，1月均溫3～6.3℃，7月均溫19. 8～22℃。年降水量1200～1500 mm。

植被上，境內(nèi)地理環(huán)境復(fù)雜，植被種類多樣，展布錯雜，地理區(qū)域分異明顯。天然植被有喬木有松（Pinus）、杉（Cunning hamialanceolata）、椿（Ailanthus altissi-ma）、桐（Vernicia fordii）、槐（Sophora jaPonica）、樺木（Betula）、漆樹（Toxicodendron vernicifluum）等;竹類有金竹（Phyllostachys sulphurea）、南竹（PhyILostachyspubescens）等，植被在水平分布上表現(xiàn)出南北和東西過渡的特征。

3 材料與方法

3.1 取樣

本研究剖面取自貴州省六盤水市紅橋新區(qū)石龍村附近的一連續(xù)的古湖沉積剖面。剖面長度為172 cm，按物質(zhì)組成及沉積物顏色，自上而下將剖面分為11層（圖2）。其中，0～67 cm為灰黑色粘土夾礫石，67～72cm為灰黑色黏土，72～80 cm為淺灰色黏土，80～87cm為白色粉砂夾少量黏土，87～110 cm為灰色黏土夾粉砂層，110～116 cm為灰色黏土，116～123 cm為粉砂層，123～160 cm為灰色黏土夾植物根系，160～167 cm為黑灰色黏土，167～172 cm為黃棕色黏土夾礫石。按照1 cm間距等距取樣，共取得172個樣品，將樣品裝袋帶回實驗室，除測含水量的樣品，其余樣品放入烘箱中烘干待用。

3.2 方法

本實驗共應(yīng)用到含水量、燒失量（ 1-01）兩種指標對沉積物進行古氣候環(huán)境演化過程的研究與重建。

含水量測定，取15 g左右的新鮮沉積物樣品，稱其重量（精確至0.0001g），記作土樣的濕重M，再放入烘箱中烘24 h;取出樣品，稱其干重（精確至o.0001g），記作土樣干重Ms。含水量計算公式如下：

土壤含水量=（M- Ms/M×100%

（1）

燒失量（ LOI）測定，將烘干的樣品取2g研磨至200目以下，放入烘箱中烘24 h，使沉積物樣品保持干燥，確保測定結(jié)果的精確性。烘干之后每個樣品取1g左右進行精確稱重（精度為0. 0001g），放人工業(yè)自動分析儀中用580℃左右的溫度燃燒2h，待其冷卻到室溫后再次精確稱重。燒失量計算公式如下：

L01= （1-W550/W75）×100%

（2）

式（2）中：W75代表加熱75℃后的樣品重量，W550代表燃燒550℃后的樣品重量。因所取樣品中缺少炭屑、孢粉等測年材料，故將燒失量和含水量圖譜與格陵蘭冰芯氧同位素進行詳細對比[15]，確定本剖面中顯著事件的年代，從而建立本剖面的年代序列。

根據(jù)測定的燒失量與含水量數(shù)據(jù)，利用Grapher、CoreIDRAW12應(yīng)用軟件制作出燒失量圖譜和含水量圖譜。

4 結(jié)果分析

4.1 燒失量與含水量結(jié)果分析

本剖面燒失量在1. 15%～8. 70%之間，平均值為4. 32%;含水量在10. 01% -45. 22%之間，平均值為24. 71%。根據(jù)燒失量和含水量的變化，將本研究剖面分為4個帶，如圖3所示。

工帶（1～66 cm）：燒失量波動在1.82%～4. 49%之間，平均值為3. 38%;含水量波動在13. 99%～26. 10%之間，平均值為17. 97%，該層燒失量和含水量較低，總體波動平緩，可指示該時段氣候無顯著變化。

Ⅱ帶（66～118 cm）：燒失量波動在1.76%～6. 53%之間，平均值為4.0O%;含水量波動在12.88%～45. 22%之間，平均值為26. 42%。該段波動強烈，峰值明顯，出現(xiàn)3個峰值、3個低值，指示該時段氣候極不穩(wěn)定，表現(xiàn)出交替特征。

Ⅲ帶（ 118～130 cm）：燒失量波動在1.15%～4. 05%之間，平均值為2.69%;含水量波動在10. 01%～23. 60%之間，平均值為16. 50%。該帶是整個剖面中燒失量和含水量較低的帶，可指示該時段的氣候處于某種極端狀況。

Ⅳ帶（130～172 cm）：燒失量波動在5.05%～8. 70%之間，平均值為6.80%;含水量波動在30. 29%～44. 23%之間，平均值為35. 78%，在整組樣品中都是較高的，且波動較平緩，呈波動上升趨勢，指示該時段的氣候在較小范圍內(nèi)波動變化。

4.2 指標的氣候意義

4.2.1 燒失量的氣候意義

燒失量（ Loss on ignition）是在一定的高溫條件下樣品損失的部分占總質(zhì)量的百分比。沉積物中的有機質(zhì)含量與燒失量呈一致的變化關(guān)系[16]，沉積物中的有機質(zhì)主要來自于沉積時期的植物有機體，在暖濕、水熱組合好的氣候條件下，地區(qū)的初級生產(chǎn)力較高，沉積物中有機質(zhì)含量較高，燒失量呈現(xiàn)高值;相反，在干冷、水熱組合欠佳的氣候條件下，地區(qū)的初級生產(chǎn)力較低，沉積物中有機質(zhì)含量較低，燒失量出現(xiàn)低值[17]。因此，燒失量可以反映沉積物中有機質(zhì)的含量，進而推測沉積時期的氣候環(huán)境。多項研究證明沉積物燒失量的氣候意義，其被廣泛用于研究冰后期的環(huán)境變化。石建省等的研究認為燒失量可以較精確地反映古氣候變化過程的細節(jié)，有助于重建重大氣候事件模式[18]，張麗莎等的研究認為燒失量是冰后期環(huán)境演變的有效代用指標[19]。趙永濤等利用燒失量等指標重建了晚冰期以來烏倫古湖的氣候變化20]。吳旭東等利用燒失量重建了全新世以來湖光巖瑪珥湖的氣候變化‘21]。吳金甲等利用濟南市古湖泊巖芯燒失量揭示了黃河下游地區(qū)的冷暖干濕的變遷[22]。楊冰潔等利用燒失量揭示了東南沿海的古氣候特征[23]。

4.2.2 沉積樣本含水量的氣候意義

沉積樣本的質(zhì)地為粘土質(zhì)，微粒小、透水性差。水分在沉積物中，受黏粒表面各種力的吸附作用，在黏粒表面以膜狀水層形式保持，受外界影響極小。由于沉積物極差的透水性和良好的隔水性，沉積時期環(huán)境中的水分可以留存在同時期沉積物中，歷經(jīng)層層掩埋保存至今，并能夠被沉積物的含水量所反映。因此，同一沉積剖面中，不同時期的沉積物含水量的變化趨勢，與不同時期的環(huán)境水分的變化趨勢呈現(xiàn)一致性。通過測定沉積物的含水量，了解各時期的含水量的變化，可以推測沉積時期的水分條件變化，進而對沉積時期的氣候環(huán)境進行分析。

4.3 末次冰消期貴州西部氣候重建

根據(jù)燒失量和含水量，結(jié)合年代序列，重建研究區(qū)氣候的變化過程。18. 0～14.6 ka BP，燒失量和含水量整體處于低值，且比較穩(wěn)定，指示該時段處于冷干環(huán)境;可能指示H1事件，H1是冰盛期最寒冷的階段，據(jù)研究其持續(xù)的時間為2500 a[24]。

14. 6～12.6 ka BP，燒失量和含水量較上帶整體升高，出現(xiàn)3次高低波動，指示氣候處于快速波動狀態(tài)，并可與格棱蘭冰芯氧同位素相對比，指示BA暖期。

12. 6～11.6 ka BP，燒失量和含水量都為整個研究時段的最低值，指示出極冷干的氣候環(huán)境，可指示YD冷事件。

11. 6～9.7 ka BP，燒失量和含水量逐漸升高，指示向暖濕氣候轉(zhuǎn)變，表明氣候進入全新世。

5 討論

5.1 貴州西部高原和北半球高緯氣候的聯(lián)系

為了研究貴州西部高原與北半球高緯地區(qū)末次冰消期時期的氣候的關(guān)系，我們將貴州西部高原古湖相沉積物燒失量、含水量指標與格陵蘭冰芯氧同位素記錄進行對比，如圖4，具體分析如下。

18.0～14.6 ka BP之間，燒失量、含水量整體偏低，同期格陵蘭冰δ180偏負，對應(yīng)于H1事件和OD。14. 6～12.6 ka BP之間，燒失量、含水量升高且波動頻繁，對應(yīng)于格陵蘭冰芯的BA暖期，指示該時段氣候極不穩(wěn)定，表現(xiàn)出交替特征。12. 6～11.6 ka BP之間，燒失量、含水量偏低，該帶是整個剖面中在末次冰消期到全新世早期燒失量和含水量最低的帶，可能指示YD事件，與格陵蘭冰芯氧同位素記錄相一致。11. 6～9.7 kaBP之間，燒失量、含水量在整個剖面中處于最高水平，表明氣候進入全新世階段，同期格陵蘭冰芯氧同位素記錄快速偏正，反映了北半球高緯地區(qū)氣候快速變暖的過程。上述說明，在末次冰消期時，千年尺度氣候事件上，貴州西部高原氣候變化都與北半球高緯地區(qū)氣候變化有著密切的聯(lián)系。

5.2 區(qū)域?qū)Ρ?/p>

貴州西部高原燒失量、含水量記錄揭示出在末次冰消期千年一百年尺度氣候事件上與格陵蘭氣候之間有著較好的關(guān)聯(lián)，為了更好地認識貴州西部高原與我國其他地區(qū)氣候的關(guān)系，我們也將本氣候記錄與我國各地區(qū)不同指標的古氣候記錄進行對比。

本剖面18. 0～14.6 ka BP和12. 6～11.6 ka BP期間燒失量和含水量分別指示H1事件和YD事件。H1期間南海南北陸為低海面[25]，黃河上游冰川雪線下降[26]，中國北方氣候干冷，這與貴州西部高原的氣候特點對應(yīng)[27];YD時期南嶺孢粉記錄顯示氣候有一較明顯的降溫波動[28]，和尚洞石筍記錄指示氣候突然回冷[29]，河西走廊溫暖濕潤的氣候發(fā)生間斷，極端事件和突發(fā)性火災(zāi)頻繁發(fā)生[30]，這些記錄都與本剖面相吻合。

在14. 6～12.6 ka BP期間，貴州西部高原燒失量、含水量指示BA暖期，同處西南季風區(qū)的云南納帕海[31]，鶴慶盆地[32]各指標也表明環(huán)境趨于溫暖。同期，青海湖[33]、騰格里沙漠[34]、蘇北盆地記錄[35];南海定南大湖[36]、和東北四海龍灣瑪珥湖[37]等記錄顯示這一時期全國范圍普遍溫暖濕潤。11.6～9.7 ka BP期間，燒失量、含水量在整個剖面中處于最高水平，同時期西南地區(qū)氣候記錄顯示東亞夏季風增強[38]，氣候從干冷向暖濕轉(zhuǎn)變[39]，表明氣候進入全新世階段。

總之，貴州西部高原氣候記錄無論在氣候的整體變化趨勢上還是在事件的轉(zhuǎn)型特征上都與我國其他地區(qū)的氣候記錄存在著很好的對應(yīng)關(guān)系。

6 結(jié)論

（1）貴州西部高原古湖相沉積物剖面的燒失量和含水量指標記錄了MIS2晚期至全新世早期分辨率達50a的貴州西部氣候變化特征，14.6 ka BP前，燒失量（101） （1. 82%～4. 49%）、含水量（13. 99%～26. 10%）整體偏低，指示氣候偏冷，對應(yīng)H1和OD事件;14. 6～12.6 ka BP燒失量（1.76%～6.53%）、含水量（12. 88%～45.22%）整體偏高，指示暖期，對應(yīng)BA暖期;12.6～11.6 ka BP燒失量（1. 15%～4. osY6）、含水量（10. 01%～23.60%）降低，指示氣候轉(zhuǎn)冷，對應(yīng)YD事件;11.6～9.7 ka BP燒失量（5.05%～8.70%）、含水量（30. 29%～44. 23%），對應(yīng)全新世早期。

（2）通過對比發(fā)現(xiàn)本剖面燒失量、含水量記錄的H1、BA事件、YD、全新世早期，對應(yīng)于格陵蘭溫度的波動，說明貴州西部高原氣候與北半球高緯區(qū)有著密切聯(lián)系。

（3）貴州西部高原與我國其他地區(qū)的氣候也存在著密切的關(guān)聯(lián)，在事件的轉(zhuǎn)型特征上與我國其他地區(qū)的氣候研究記錄也存在著很好的對應(yīng)關(guān)系。

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收稿日期：2019-1卜16

基金項目：貴州省教育廳自然科學(xué)基金（編號：黔教合KY字[2014]284號）;六盤水師范學(xué)院大學(xué)生項目（編號：LPSSYDXS1801）

作者簡介：劉勇（1997-），男，六盤水師范學(xué)院學(xué)生。

通訊作者：趙增友（1984-），男，副教授，博士，主要從事孢粉與第四紀環(huán)境演化研究。