临汾盆地13万年以来古气候变化研究
张 慧，韩军青*
【摘 要】摘 要:本文运用气候代替指标粒度对临汾盆地滨河东剖面S1以来的古气候进行了重建，在末次间冰期-冰期气候旋回中，临汾盆地的古气候经历了暖湿—冷干—暖湿的变化过程.结果发现临汾盆地滨河东剖面黄土-古土壤序列沉积物既有与大区气候变化的一致性，也有本地变化的特点. 【期刊名称】山西师范大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2013(027)002 【总页数】6
【关键词】关键词:临汾盆地;末次间冰期;沉积粒度;古气候变化
0 引言
近些年，全球变化问题逐渐受到人们的重视，全球变化研究的重要组成部分之一就是过去全球变化研究，它是国际地圈生物圈计划的核心计划之一［1］.过去全球变化研究的内容有很多，其中迅速而频繁的气候变化是它的集中体现.取自深海沉积物和冰芯的古气候记录表明了130 ka BP以来存在着一系列的一千年甚至数百年时间尺度的气候突变事件，这些快速而频繁的气候波动不能简单的用轨道参数来解释，因此，末次间冰期以来的古气候研究就成为近年来全球环境变化研究的热点［2］.过去全球变化的研究内容是通过对深海沉积物、冰芯、黄土、湖泊沉积物等自然记录来重建地球过去的气候和环境历史，来预测未来可能出现的全球变化.
山西临汾盆地位于鄂尔多斯台地的东部和南部边缘，该区域是我国新构造运动十分强烈的地区之一.临汾盆地滨河东剖面记录了末次间冰期以来的气候变化，
对揭示这一地区的气候变化规律具有重要的意义.作者于2012年9月到滨河东剖面进行地貌考察，并对其进行了详细的描述和采样.通过对采集样品的分析论证，揭示了临汾盆地末次间冰期以来的气候环境变化规律，为预测未来气候奠定了一定的基础.
1 剖面的沉积特征与年代序列的建立
1.1 滨河东剖面沉积环境特征
滨河东剖面位于山西省临汾市尧都区滨河东面，通过对该剖面顶部8.5 m的沉积物进行观察(见图1)，发现其上层为全新世现代土壤层S0，厚约2.3 m，中层为L1黄土层，厚约4.7 m，下层为古土壤层S1，厚约1.5 m.通过观察可以清晰地发现8.5 m深度以下的沉积层是湖相沉积物，不作为此次实验的研究对象.
1.2 剖面年代序列的建立
可靠、精确的地质年代标尺在过去全球变化研究中的作用是十分重要的，它是进行古气候环境重建的基础.由于客观条件的限制，本文中未能对滨河东剖面进行详细的年代测定，而是通过将滨河东剖面的磁化率、＜4 μm的粘土组分含量曲线与南极冰芯CO2含量曲线进行对比分析，从而初步得出滨河东剖面的地层年代序列，由于南极冰芯地层年代的准确性，这种对比是可靠的.
从图2中可以看出，磁化率曲线与＜4 μm粘土组分含量曲线在130 ka以来的变化规律与南极冰芯CO2含量曲线的变化规律很相似.根据图2再结合滨河东剖面的岩性特征可以得出:深度为0 cm～230 cm的S0段对应的年代为0 ka BP～11 ka BP;深度为230 cm～380 cm的L1L1段对应的年代为11 ka BP～20 ka BP;深度为380 cm～430 cm的L1S1段对应的年代为20 ka BP～26 ka
BP;深度为430 cm～525 cm的L1L2段黄土对应的年代为26 ka BP～47 ka BP;深度525 cm～580 cm的L1S2段古土壤对应的年代为47 ka BP～57 ka BP;深度580 cm～700 cm的L1L3段黄土对应的年代为57 ka BP～75 ka BP;深度700 cm～850 cm的S1段古土壤对应的年代为75 ka BP～130 ka BP. 滨河东剖面岩性描述:
0 m～2.3 m:现代土壤层，土壤呈黄色粉砂质地，团粒状结构，含有较多根系. 2.3 m～3.8 m:黄土层，含有少量根须，浅灰黄色粉砂质地，块状结构，疏松多孔，为均质黄土.
3.8 m～4.3 m:弱土壤层，棕黄色粉砂质粘土质地，团粒结构.
4.3 m～5.25 m:黄土层，夹于两层弱土壤层之间，灰黄色粉砂质地，块状结构，土质较疏松.
5.25 m～5.8 m:弱土壤层，棕黄色粉砂质粘土质地，团粒结构，土层坚硬. 5.8 m～7.0 m:黄土层，土壤颜色由浅黄色逐渐向棕色变化，粉砂质地，多大孔隙，6.8 m处含有小钙结核.
7.0 m～8.5 m:古土壤层，颜色由棕红色向下逐渐转浅，粘土质地，团粒状结构，7.85 m处有一薄钙结核层，8.1m处也出现了钙结核层.
2 粒度的气候指示意义
我国黄土-古土壤序列完好地记录了第四纪以来东亚季风变换的过程，粒度作为一个比较成熟的古环境的替代性指标，前人对于它的研究已经非常深入，粒度特征取决于沉积环境和物质的来源.研究表明，黄土沉积物的粒度大小可以作为东亚冬季风的替代性指标，对反演古气候环境演化有重要作用［3，4］.丁仲礼等［5，6］通过对我国马兰黄土的粒度组成研究发现自西北向东南黄土沉积物
逐渐变细，并且可以将其划分为砂黄土、黄土、粘黄土三个黄土带.不同区域有不同的气候环境，冬季风的替代性指标也不尽相同，如鹿化煜等［7，8］将＞30 μm的粗颗粒组分含量作为冬季风变化的替代性指标，而汪海斌等［9］通过对其他地区剖面的研究得出＞40 μm的粗颗粒组分含量是该地区冬季风的替代性指标，丁仲礼［5，6］对黄土-沙漠边缘带进行分析研究，发现粒径在63 μm～250 μm的含量在某些地层达到30%以上.鹿化煜等根据成壤作用及其对细颗粒的意义，将细颗粒组分含量作为夏季风的替代性指标.
3 沉积物粒度与古气候变化
3.1 末次间冰期以来沉积物粒度变化
根据粒度实验数据与曲线图(图3、图4)可以看出，滨河东剖面的粒度特征在不同层位表现出极大的差别.我们将剖面的粒径划分为 4 个级别，分别是 ＜4 μm 的粘土、4 μm ～16 μm 的细粉砂、16 μm ～63 μm的粗粉砂和＞63 μm的砂粒.
第一阶段:S0阶段，0 cm～230 cm，对应的时期为全新世，即11 ka BP至今.这个阶段的沉积物粒径普遍偏小，中值粒径的平均值为18.088 μm;其中 ＜4 μm的粘土组分含量达到了55%，4 μm ～16 μm的细粉砂含量也同样保持在一个比较高的水平，＜16 μm的细颗粒组分含量平均达到了72%.随着深度的变化细颗粒含量也在不断的变化，曲线有很多凹凸变化，但是总体上细颗粒含量都处于一个比较高的水平.而这个阶段里，粗颗粒的含量明显减少;而＞16 μm的粗颗粒组分含量相对于＜16 μm细颗粒组分含量则显得较少，平均为28%. 总体上看，S0阶段细颗粒组分含量比粗颗粒组分含量要大很多，说明风的搬运能力减弱，这一过程的主要堆积物为古土壤，说明当时的气候处于暖湿状态，
主要受夏季东南季风的影响，风力作用小，粉尘的堆积速率减缓，而降水明显增加，温度升高，成壤作用明显.
第二阶段:L1阶段，230 cm～700 cm，对应的时期为末次冰期，即75 ka BP～11 ka BP.根据图3、图4中所反应的波动情况，这一阶段又可以分为5个亚阶段:
(1)230 cm～380 cm(L1L1)，也就是20 ka BP～11 ka BP之间.这一阶段粒径大小相比全新世沉积物粒径大小发生了明显波动，中值粒径从全新世的18.088 μm增大到了24.244 μm，＜4 μm的粘土组分含量减少到了4%，＜16 μm的细颗粒组分含量范围大概在12% ～25%之间.相比于细颗粒含量的逐渐减小，粗颗粒含量却明显增大，＞16 μm的粗颗粒组分含量相比于全新世来说明显增加，最高达到了87%.由此看来，L1L1段，粗颗粒含量明显增多，而细颗粒含量减小，说明风的搬运能力加大，沉积速率增大，主要堆积物为黄土，此亚阶段受到的冬季西北季风的影响明显增强，降水减少，温度降低，成壤作用减弱，气候变冷、变干.
(2)380 cm～430 cm(L1S1)，年代为26 ka BP～20 ka BP.相比于上一亚阶段，这个阶段的中值粒径又有减小的趋势，降低为17.55 μm.＜4 μm的粘土含量达到了19%左右，＜16 μm细颗粒组分含量平均值达到了54%.＞16 μm的粗颗粒组分含量比上一阶段要少，范围在42% ～52%之间.总体上说，L1S1阶段粗颗粒含量比L1L1阶段粗颗粒含量有所减少，细颗粒含量呈增大趋势，但是还没有达到全新世土壤的细颗粒含量，说明这一阶段气候由冷干转为暖湿，沉积物为古土壤，但是暖湿程度还没有达到全新世时的暖湿程度.此过程受冬季风的影响减弱，受夏季风的影响加强.风力作用减弱，堆积速率变缓，降水相对有
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