辛莊子地區(qū)古氣候的提取

辛莊子地區(qū)古氣候的提取

宣化盆地位于內(nèi)蒙古平原的東南部。屬中國半濕潤氣候區(qū)與半干旱氣候區(qū)之間的過渡地帶。年平均氣溫7.6，降水體溫380.1米。在干旱和多風(fēng)的天氣條件下，盆地東南部形成了沙地山脈和水生景觀。沙地對氣候變化反應(yīng)敏感,氣候干燥沙丘移動,氣候濕潤則沙丘固定,發(fā)育成壤.沙丘中風(fēng)砂層與古土壤層交替重疊出現(xiàn),反映古氣候的干濕波動.利用這樣的剖面記錄,可以恢復(fù)研究區(qū)的古氣候變化情況.宣化盆地位于內(nèi)蒙古高原與華北平原之間的過渡帶,研究該區(qū)的古氣候變化具有重要的意義,但是,關(guān)于本區(qū)的全新世環(huán)境演變研究尚未見到.本文通過對本區(qū)辛莊子黑砂土剖面的研究,恢復(fù)本區(qū)全新世早期的環(huán)境演變過程,以彌補(bǔ)這方面的空缺.1層序地層格架京張鐵路進(jìn)入宣化盆地的第1站是辛莊子火車站,跨過洋河在車站的對岸,人工挖沙揭露一剖面,剖面高3.52m,自上而下剖面物質(zhì)為:1)暗棕色-灰棕色壤質(zhì)砂土,團(tuán)粒-弱團(tuán)粒結(jié)構(gòu),有殘留植物根系.從上向下顏色變淺,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變?nèi)?14C測年上部為(8310±110)aBP,下部為(9555±115)aBP(簡稱T1).層厚72cm.2)棕色細(xì)砂、極細(xì)砂(簡稱S1).層厚26cm.3)灰棕色壤質(zhì)砂土,弱團(tuán)粒結(jié)構(gòu),中部顆粒較粗,顏色較暗,下部有輕微膠結(jié)作用,14C測年為(9845±120)aBP(簡稱T2).層厚23cm.4)棕色細(xì)砂,極細(xì)砂,顆粒分選差,夾有一些極粗砂(簡稱S2).層厚10cm.5)灰棕色壤質(zhì)砂土,弱團(tuán)粒結(jié)構(gòu),14C測年為(10310±125)aBP(簡稱T3).層厚9cm.6)黃棕色細(xì)砂,中砂,偶有>2mm的棕色小礫石(簡稱S3).層厚12cm.7)棕色壤質(zhì)砂土,弱團(tuán)粒結(jié)構(gòu),上部顏色較深,顆粒較粗,中細(xì)砂居多,下部顏色淺,以細(xì)砂為主,14C測年為(10465±125)aBP(簡稱T4).層厚8cm.8)淺棕色細(xì)砂、中砂(簡稱S4).層厚28cm.9)棕色壤質(zhì)砂土,團(tuán)粒結(jié)構(gòu),14C測年為(10930±125)aBP(簡稱T5).層厚19cm.10)淺黃棕色細(xì)砂、中砂,其中224～227cm處有一壤團(tuán),為半固結(jié)的棕黃色細(xì)砂(簡稱S5).層厚59cm.11)棕色壤質(zhì)砂土,弱團(tuán)粒結(jié)構(gòu),下部顆粒較粗,有>3cm的棕色礫石,膠結(jié)作用較強(qiáng),14C測年為(10955±125)aBP(簡稱T6).層厚11cm.12)淺黃棕色中砂、細(xì)砂.出露厚度52cm.剖面中風(fēng)成砂層與黑砂土層交替沉積,共6層古土壤.古土壤層有下部薄上部厚、顏色下部淺上部深的變化趨勢.在該剖面的西部約500m處,高臺地東緣的沙丘上部,亦見到黑砂土,厚1～1.3m,顏色為暗棕色,其頂部14C測年數(shù)據(jù)為(5770±90)aBP,其上覆與下伏均為風(fēng)成砂層.2聚集特征第1層黑砂土(T1)較厚,從其頂面5cm處向下按10cm間隔采樣,其他各層則按層采樣,對樣品進(jìn)行理化分析及掃描電鏡觀察.2.1多段結(jié)構(gòu)2.2.1a,bb從T1,S3和S5中隨機(jī)選取石英砂進(jìn)行預(yù)處理后在掃描電鏡下觀察:砂層石英砂顆粒表面具有風(fēng)成作用的典型特征(圖1-a,b);黑砂土層中的石英砂顆粒表面普遍有溶蝕淀積現(xiàn)象(圖1-c).淀積物呈棕紅色,EDAX分析顯示其主要物質(zhì)成分是Fe,Al等氧化物(表1).黑砂土層中的石英砂粒表面保留有明顯的風(fēng)成特征(圖1-d).由此可見,土壤層的成土母質(zhì)是風(fēng)成砂,是在相對濕潤的條件下發(fā)育形成的,黑砂土發(fā)育過程中仍有風(fēng)成砂落入,但數(shù)量不足以改變成土方向.2.1.2極細(xì)砂比大上覆古土壤采用吸管法測得剖面各層的機(jī)械組成(表2).總體上,剖面中各砂層顆粒組分偏粗.>0.1mm的砂粒組分高于上覆的古土壤,粉砂和極細(xì)砂(0.002～0.1mm)百分比較低;但是各砂層的粘粒組分(<0.002mm)卻高于上覆的古土壤層,原因可能有二:一是剖面位于落沙坡,有利于風(fēng)沙中細(xì)粒成分沉降,所以砂層中粘粒相對較多;二是土壤發(fā)育時淋溶作用較強(qiáng),石英顆粒受溶蝕,粒級變小,粘粒則被淋洗到土體下部.2.2成分分析2.2.1對不同層間有機(jī)質(zhì)含量的影響采用重鉻酸鉀-硫酸消化法,測得各層的有機(jī)質(zhì)含量(圖2).其中各古土壤層的有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其下伏的沙層,但因古土壤層的厚度和發(fā)育的程度不同,各層之間有機(jī)質(zhì)含量有所差異:T1有機(jī)質(zhì)含量最高,T1～T5基本上呈遞減趨勢,T3含量偏低則與其發(fā)育時間較短有關(guān).2.2.2干旱脅迫下織物的富集和分散特征采用堿熔法和電感耦合等離子光譜儀(ICP)相結(jié)合的方法,測得剖面各層十幾種化學(xué)元素的含量.一般來說,過渡性元素Fe,Mn,Ti,Al等具有濕潤條件下相對富集,干旱條件下相對分散的特征;相反,Ca,K,Mg,Sr等易淋溶元素在濕潤條件下活性大,易遷移,在干旱條件下比較穩(wěn)定.剖面中黑砂土層過渡性元素含量高,而易淋溶元素含量低(圖2),說明黑砂土發(fā)育時氣候相對濕潤,水分條件充足,淋溶現(xiàn)象明顯,致使K,Ca,Mg,Sr等元素流失,含量降低.2.2.3土壤層體siopH值由PHS-2型酸度計(jì)測得(表2),全剖面的pH值變化不大,在7.4～8.1之間.剖面通體無石灰反應(yīng),SiO2含量較高,這與剖面各層均以細(xì)砂、中砂為主的粒度組成特征相符合.各古土壤層的SiO2含量略小于對應(yīng)的砂層(表2),僅表層黑砂土含量明顯降低,這與T1中粘粒和粉砂比例較大的現(xiàn)象相對應(yīng).說明T1發(fā)育時期氣候更濕潤,其他各土壤層發(fā)育時氣候濕潤程度較低.3青海湖區(qū)氣候波動綜合以上觀察和分析,從氣候變化上,宣化盆地全新世早期的環(huán)境演變可分為2個時段:1)11000～10000aBP的相對干冷期,相當(dāng)于晚更新世末期的新仙女木事件,研究區(qū)內(nèi)風(fēng)沙活動強(qiáng)盛,沙層堆積速率高,只有薄層的古土壤發(fā)育,與中國北方11600～9900aBP的風(fēng)沙期相一致.在內(nèi)蒙古高原,9500～9000aBP出現(xiàn)全新世的第一新冰緣階,本區(qū)11000～10000aBP的相對干冷期與之相當(dāng),二者時間上的差異應(yīng)與區(qū)域位置的差異有關(guān).11000～10000aBP期間,在總體干冷的背景下,本區(qū)多次出現(xiàn)次一級的氣候波動.11000～10900aBP,本區(qū)發(fā)育2層黑砂土,即10955aBP前后的T6和10930aBP前后的T5,二者應(yīng)屬于同一成土?xí)r段,代表相對濕潤的氣候階段.科爾沁沙地在11000aBP前后亦出現(xiàn)過成壤-沙丘固定現(xiàn)象.10900～10500aBP,本區(qū)風(fēng)沙活動明顯增強(qiáng),風(fēng)力大,歷時長,沉積物顆粒較粗,甚至可見小礫.10500～10300aBP期間,本區(qū)亦發(fā)育2層古土壤,即10465aBP前后的T4和10310aBP前后的T3.二者發(fā)育程度中等,腐殖質(zhì)積累較T6和T5有所增加,代表一個氣候更濕潤的成土階段.10300～10000aBP之間為相對干旱階段,風(fēng)力較前一干旱階段小,沉積物顆粒以中細(xì)砂為主.2)10000～8300aBP的相對濕潤期,研究區(qū)發(fā)育了厚層的古土壤.根據(jù)風(fēng)沙活動規(guī)律,9900～9500aBP是黑砂土成土期.岱海在末次冰期期間湖面收縮,進(jìn)入全新世后(10000～4000aBP)出現(xiàn)高湖面,表明全新世早中期岱海湖區(qū)氣候濕潤,與本區(qū)的濕潤氣候相一致.青海湖湖區(qū)在10000aBP氣候由干冷轉(zhuǎn)為干暖,并一直持續(xù)到7000aBP,7000～3600aBP氣候溫濕,為全新世適宜期.因此,青海湖區(qū)氣候波動與本文研究區(qū)有較大差異,這與二者在季風(fēng)區(qū)的位置不同有關(guān).10000～8300aBP期間有2次成土?xí)r段:9800aBP前后和9600～8300aBP.后一時段較前一時段更濕潤,發(fā)育了厚層的黑砂土,達(dá)72cm,且土壤發(fā)育程度高,有明顯的腐殖化和淋溶淀積現(xiàn)象,反映相對較長的濕潤階段.毛烏素沙地東南部在(9560±160)aBP有古土壤開始發(fā)育,與本區(qū)9600～8300aBP的成土?xí)r段相對應(yīng).在全新世早期,研究區(qū)氣候由干