【热点导读】：环境污染的绿色化 环境污染与人体健康论文 环境保护论文:如何保护全球环境
气候环境变动的元素记录透析
精品源自教学论文
在湖泊沉积中,Rb/Sr比值是一种常用的反映流域化学风化强度的替代指标[33],湖泊沉积中的Rb/Sr比值与流域内化学风化程度、碎屑物质来源以及水动力条件密切相关,可作为气候环境变化的有效指标[34-35]。水流或风力会将地表风化形成物质搬运到湖泊中,所以湖泊沉积物中的Rb/Sr比值受到地表物理风化和化学风化的共同影响。根据含Rb,Sr矿物的性质,如果Rb/Sr比值受控于物理风化,那么湖泊沉积物中就会有较多的陆地碎屑岩物质,则沉积物中Rb的含量增加,Rb/Sr比值较高;如果Rb/Sr比值受控于化学风化,则沉积物中Sr的含量较高,Rb/Sr比值较低[35]。Fe,Mn都是变价元素,其比值的变化基于它们对不同氧化-还原条件的敏感性。当Fe自流域被搬动到湖泊静止水体时,由于被氧化而沉淀在浅水区;化学性质比较稳定的Mn元素被搬运到水体更深的还原环境沉积,致使溶解态的Fe和Mn发生分异。所以Fe/Mn比值可以反映湖泊水位的变化,高Fe/Mn比值指示了较低的湖泊水位[11]。
根据常量元素和微量元素浓度数值绘制成剖面元素变化图谱。常量元素浓度用百分比表示,而微量元素浓度含量较低,其单位用ppm表示。根据元素含量变化聚类分析结果以及Rb/Sr与Fe/Mn比值可将剖面分为7个阶段。阶段I(650-622cm,~11400-9400calBP):常量元素Mn(1035.6ppm,平均值,下同)、Al2O3(12.7%),MgO(4.3%),CaO(9.3%),K2O(2.6%)以及微量元素Zn(76ppm)、Rb(110.1ppm),Sr(385.6ppm)等含量较高,几乎为整个剖面的最高值。Rb/Sr比值在0.23-0.35之间,平均为0.3。Fe/Mn比值在29.8-50.7之间,平均为41.1。阶段II(622-606cm,~9400-8100calBP):Mn(820.8ppm)和Sr(261.8ppm)含量明显降低,而P(586.4ppm),SiO2(55.4ppm)含量增加。MgO(3.5%),CaO(7.6%)含量有所减少。Rb/Sr与Fe/Mn比值都明显增加,平均值分别达到0.41和47.4。阶段III(606-576cm,~8100-5800calBP):Mn(1043.3ppm)和Sr(346.5ppm)含量增加明显,同时MgO(3.9%),CaO(8.6%),Fe2O3(6.7%),Rb(117.6ppm)含量略有增加。Rb/Sr与Fe/Mn比值同时降低,平均分别为0.33和44.8,其中8100-7100calBP之间出现最低值分别为0.24和36.4。阶段IV(576-556cm,~5800-4800calBP):Mn(871.7ppm),CaO(7.4%),S(r299.5ppm)含量降低。As(24.6ppm),Zr(200.4ppm)含量增加。Rb/Sr比值比阶段III略有增加,平均值为0.4。Fe/Mn比值增加明显,平均达到53.9。阶段V(556-504cm,~4800-3400calBP):Cu(41.1ppm),A(s24.3ppm),Pb(26.6ppm)、Zn(76.9ppm),Ni(71.2ppm),Rb(123.1ppm),Mn(911.5ppm),Al2O3(13.7%)等元素在本带同时增加,并存在波动。Sr(261.1ppm)含量明显减少。其中,4200-3700时段,Rb/Sr比值出现峰值,达0.56,平均值为0.4。Fe/Mn比值同样出现峰值,达到59。阶段V(I504-476cm,~3400-2400calBP):Cu(35.7ppm),A(s13.5ppm),Pb(24.5ppm),Zn(68.6ppm),Ni(63ppm),Rb(114.3ppm),Mn(728.9ppm)等元素较阶段V明显减少。同时Sr(241.8ppm)含量进一步降低。Rb/Sr在0.42-0.58之间,平均为0.47。Fe/Mn在47.6-56.5之间,平均为52.4。阶段VI(I476-440cm,~2400-1060calBP):Cu(37.1ppm),A(s15.8ppm),N(i68.4ppm),Sr(256.4ppm),Mn(830.6ppm)等含量增加明显。Rb/Sr在0.4-0.47之间,平均为0.43。Fe/Mn在43.9-54.6之间,平均为48.1。两者比值都较阶段VI降低。5讨论与结论条湖剖面中,Rb含量较为稳定,在81.3-144.4ppm之间变化;Sr含量波动较大,在226-464.5ppm之间变化(图略)。将Rb/Sr比值与Rb和Sr分别进行相关性分析,与Rb的相关系数为0.48,与Sr的相关系数为-0.84(图略)。可见条湖沉积物中Rb/Sr比值主要受控于Sr含量的变化,即剖面Rb/Sr比值的变化主要反映了条湖流域内化学风化的强度,较高的Rb/Sr比值说明流域内的化学风化强度较弱,指示干旱的气候条件。条湖剖面地球化学元素指标较完整记录了河西走廊西部地区全新世气候环境变化过程。在早全新世早期(~11400-9400calBP),条湖剖面Rb/Sr与Fe/Mn比值几乎为整个剖面的最低(图略),说明流域内化学风化作用较强且湖泊处于高水位,指示了相对湿润的气候条件。条湖周边地区古气候记录也支持早全新世早期气候湿润。石羊河下游猪野泽SJC剖面孢粉记录揭示研究区在早全新世(11600-7100calBP)气候湿润[9]。花海地区在10470-8870calBP之间气候由干转湿[12]。
河西走廊早全新世湿润气候与这一时期格陵兰地区温度升高以及亚洲季风增强相对应[36-37](图略)。全新世早期北半球太阳辐射量增强所引起的降水以及冰雪融水增加可能是河西走廊地区气候湿润的主要原因。早全新世晚期(~9400-8100calBP),条湖剖面中Rb/Sr与Fe/Mn比值升高,同时MgO、CaO等活性组分降低,说明研究区化学风化强度减弱、湖泊水位下降,指示气候转干。黑河下游居延海孢粉记录也显示该时段气候比较干旱[11]。猪野泽SJC剖面孢粉记录显示8800-8200calBP,7900-7800calBP气候相对干旱[9],而QTL剖面多指标记录显示干旱的气候条件出现在9500-7000calBP之间[10]。在8200BP左右,格陵兰冰芯记录揭示北半球高纬度地区温度明显降低,其幅度可达YoungerDryas冷事件的一半[41]。亚洲夏季风强也出现明显减弱[3,36](图略)。北半球在~8000-8400BP之间总体表现为凉干并且多风的气候[41]。格陵兰冰芯记录中的陆源K+、Mg+、Ca+等离子浓度在7800-8800BP明显升高,指示来自陆地粉尘通量的增多[38,39]。条湖剖面9400-8100calBP时期的元素记录也对这一冷干气候有较好的指示(图略)。中全新世早期(~8100-5800calBP),条湖剖面Rb/Sr与Fe/Mn比值降低,MgO,CaO等含量增加,说明流域内化学风化作用增强,湖泊水位升高,指示了相对温暖湿润的气候。Rb/Sr与Fe/Mn比值显示~8100-7200calBP是研究区全新世最温湿的阶段之一。亚洲季风边缘区多数沉积记录揭示中全新世早期气候条件相对湿润。中全新世晚期(~5800-4800calBP),条湖剖面Rb/Sr比值较前一阶段略有增加,说明化学风化减弱不明显。而Fe/Mn比值明显升高,指示湖泊水位降低,研究区湿度有所下降。祁连山敦德冰芯等记录揭示中国全新世大暖期鼎盛阶段出现在7200-6000BP[42]。腾格里沙漠南缘全新世最暖湿期出现在7290-6380BP之间[35],岱海地区在7900-4450calBP之间气候温暖湿润[43]。毛乌素沙地、浑善达克沙地以及科尔沁沙地在~8000-6000BP之间为沙丘固定期[44-45]。条湖剖面~4800calBP以后元素地球化学记录中Cu、As、Pb、Zn、Ni等5种元素含量开始增高,尤其在4200-3700calBP间出现峰值,Rb/Sr比值也升高,与气候变化的趋势出现反向关系,与条湖以东的火石梁和缸缸洼遗址早期青铜冶炼活动相对应[27]。同时,条湖剖面阶段VI、VII元素地球化学变化也分别指示了西周时期(~3000-2700calBP)以及汉代(~2100-1900calBP)先民的冶炼活动[22]。条湖剖面在4200-3700calBP,3400-2400calBP时段Rb/Sr与Fe/Mn比值升高,并出现异常高值,更多指示早期冶炼和农业活动导致植被盖度的降低和土壤侵蚀的加强[23,28],导致区域荒漠化程度的加剧,并对条湖沉积物中元素地球化学组成产生重要影响。河西走廊地区特殊的地理位置及地貌条件决定了其复杂的气候环境变化过程。条湖剖面元素地球化学记录所揭示的全新世气候变化可能受亚洲季风和西风的共同影响。河西走廊西部早全新世早期气候湿润与亚洲典型季风和西风区较为一致,中全新世早期湿润的气候也与亚洲夏季风强盛期相对应。但在早全新世晚期以及中全新世晚期出现的两次短尺度干旱阶段,难以简单的用季风衰退来解释,可能受西风环流以及西伯利亚高压共同作用的影响。中全新世以后河西走廊地区人类活动加强是导致植被盖度降低、土壤侵蚀以及区域干旱化程度增强的重要原因。
