晚新生代我國北方黃土高原沉積關于氣候的記錄綜述

西北大學地質學系 荊雪媛

一、引言

地球歷史，在66Ma前翻開了全新的一頁，且進入了最年輕的新生代時期。而相比于中生代晚期穩定溫暖的氣候，新生代的氣候則呈現出整體波動式變冷且各類氣候事件頻發的特征。Westerhold et al( 2020)利用綜合海洋鉆探計劃(IODP)和海洋鉆探計劃(ODP)獲取巖芯的碳氧同位素記錄重建了新生代以來高分辨率的全球氣候變化曲線。這一曲線清晰的反映了新生代時期氣候波動式變冷的過程。南北兩極冰蓋的形成、大氣中二氧化碳濃度的下降、大洋環流模式的轉變、板塊構造運動，以及地球運行軌道的周期性變動等被認為與新生代時氣候環境的巨變息息相關(Westerhold et al.，2020；Zachos et al.，2001)。

二、晚新生代亞洲內陸氣候的主要變化

新近紀以來，伴隨著一連串的重要轉型。全球氣候經歷了由“溫室”逐漸轉化為“冰室”的過程(Miller et al.，1991)。兩極冰蓋進一步發育引起的全球變冷強化了從極地到赤道的緯向溫度變化(Miller，1987)，熱力促發的氣壓梯度助長了海陸間大尺度的季風性大氣環流，并壓制了局部Hadley和Walker環流(Fedorov et al.，2015)。在亞洲大陸上，主導氣流逐漸由行星風系主控階段過渡轉換到季風風系主控階段(Holbourn et al.2018)，而青藏高原抬升導致的氣壓梯度力顯著性增大，且進一步加強了大尺度海陸能量交換的亞洲古季風(Boos et al.，2010；Kutzbach et al.，1989；Ruddiman et al.，1989；Ruddiman and Kutzbach，1989；張林源，1981，1995)。因此，亞洲季風的演變，是晚新生代以來全球氣候變化的重要響應。它打破了西風帶長期影響下形成的呈現緯向帶狀分布的干旱化格局，干旱帶的分布由古近紀呈現東西帶狀分布轉變為新近紀，主要只在我國西北部內陸地區成片分布的格局，大致與現如今的分布格局類似。中亞內陸受干旱帶的影響，開始發育了塔克拉瑪干和阿拉伯沙漠，而同時期的非洲大陸撒哈拉沙漠也開始發育，進而導致粉塵活動加劇（Husur et al.，2001；Jickells et al.，2005；Zhang et al.，2003）。冬季時節，西風帶受青藏高原的阻擋而發生分流，北支分流繞過青藏高原和東亞冬季風結合而強化西北風。長期以來，干冷而強大地西北風將大量的粉塵物質搬運到我國中東部地區堆積后，受到溫暖夏季風帶來豐富降水的不同程度洗禮（成壤化）后，遂漸形成現今黃土高原的風成黃土-紅粘土沉積序列。沉積物是在特定沉積環境下形成的，是沉積環境的物質表現，且毫無疑問，對沉積物的研究可以反演沉積物形成時期的沉積環境。因此，以風成為主的黃土和紅粘土堆積物中，便包含著豐富的可用來反演中新世至今亞洲干旱氣候演化和環境變化的信息(Ding et al.，1998；Ding et al.，1999；Guo et al.，2002；Liu et al.，1985)。

三、黃土高原風成沉積序列的研究現狀

前輩分別從古氣候學、沉積學、地層學、年代學、巖石地球化學、土壤學及生態學等學科領域，對紅粘土進行了細致的研究，尤其是通過磁性地層學(Evans et al.，1991； Ding et al.，1998，1999)和旋回地層學(Anwar et al.，2015； Zhang et al.，2021)為其建立了精確的年代標尺，再結合巖石磁學和環境磁學研究成果。由此展開了對亞洲季風演化過程和亞洲內陸干旱化與青藏高原抬升、北極冰蓋擴張、行星軌道運動周期等和全球乃至太陽系天文指標變化相互聯系的深入探討，且取得了豐富的研究成果。然而，與研究更深入的第四紀黃土沉積相比，對于紅粘土演化過程的詳細探討及其動力學記錄的多樣性和復雜性研究仍然缺乏，而研究風成沉積序列的沉積動力是恢復形成期的古風向，從而對進一步確定其形成原因、物質來源、深入解讀長時間尺度古環境古氣候變化規律和機制信息具有重要理論意義。從現實意義上分析，亞洲季風是全球氣候系統的一個主要組成部分，其影響著世界上大約一半人口的社會和經濟活動。而作為主要組成部分的東亞古季風變遷是控制東亞環境演化的主要和直接驅動力。重建古風向，清楚東亞季風發生和發展規律為解釋現如今東亞季風的狀態和預測未來發展趨勢提供了科學支撐。因此，本文引入了新的研究手段，選取了位于黃土高原中部的旬邑上墻紅粘土剖面作為研究對象，通過以磁化率各向異性研究為主，輔之以巖石磁學研究結果。在前人建立的高分辨率年代學、古環境學和古氣候學研究基礎上，進一步綜合性的對紅粘土形成時期的古風向進行重建。并試圖對古環境做進一步的探索，從而完善晚中新世以來大氣環流演化模式及古氣候信息。

四、結論與建議

由于黃土-古土壤沉積序列的沉積動力及物源研究，已經很成熟并有豐富的研究成果(Burhand et al.，1985； Heller et al.，1982； Heslop et al.，2000；安芷生等，1989； 劉東生，1988；鹿化煜等，1997；岳樂平等，1989)，但有關紅粘土的沉積動力及物源研究較少，尤其是利用磁組構手段研究紅粘土的沉積動力方面。如果紅粘土沉積期搬運粉塵的氣流類型及其變化能夠完全探究清楚，就可以恢復亞洲內陸晚新生代行星風系向季風風系過渡轉變的復雜過程。