新疆伊犁河谷塔克爾莫乎爾沙漠地氣候環(huán)境演變

新疆伊犁河谷塔克爾莫乎爾沙漠地氣候環(huán)境演變

在過去的20年中，國內(nèi)外科學(xué)家用地球化學(xué)方法提取了來自第四紀風成沉積中化學(xué)元素含量及其參與變化的古代氣候信息，并在研究中國黃土沉積季度環(huán)境發(fā)展方面取得了許多重要成果（文啟忠等，1989年；加拉特al.，1996；加拉特，1998；趙金輝等，2004）。同時，他們在中國毛武素沙漠（陳渭南等，1994；李后新等，2002；金鶴嶺等，2005）、巴丹吉林沙漠（高全州等，1998）和渾山大沙地（金鶴嶺等，2003）等沉積季節(jié)環(huán)境發(fā)育方面取得了重要進展。這些研究結(jié)果表明，晚第四紀以來，中國東亞地區(qū)不同規(guī)模、不同分辨率的季節(jié)性氣候環(huán)境發(fā)展模式。在中國新疆,Liu(1993,1994)較早研究了塔里木盆地第四紀沉積物的地球化學(xué)特征;余素華和文啟忠(1991)報道了北疆黃土及河湖相沉積的地球化學(xué)特征及其古氣候意義;葉瑋(2001)研究了伊犁河谷黃土的地球化學(xué)特征及其古氣候意義;楊萬志等(2008)報道了新疆區(qū)域地球化學(xué)參數(shù)特征。上述研究工作給出了新疆各個區(qū)域第四紀不同沉積類型的化學(xué)元素豐度值及其變化特征,為其他研究者討論新疆各地第四紀地層剖面化學(xué)元素的相對富集或遷移提供了重要的背景參數(shù)。此外,一些學(xué)者的研究涉及北疆古爾班通古特沙漠(陳惠中等,2001)以及南疆塔克拉瑪干沙漠周邊河湖相沉積以及風沙—沖積層疊覆序列的地球化學(xué)記錄(鐘巍,1993;關(guān)有志和李志忠,1994;馮起等,1996;馮啟和王建民,1998;鐘巍等,1999,2005;舒強等,2001;謝宏琴等,2005),并據(jù)此探討新疆各地全新世氣候變化模式?？傮w來看,中國西風帶干旱環(huán)境的表生元素地球化學(xué)研究比較薄弱,干旱區(qū)風沙—古土壤沉積序列元素遷移的古氣候意義尚待深入探討。塔克爾莫乎爾沙漠位于新疆伊犁河谷西部,為中國典型西風氣候帶影響下發(fā)育的固定—半固定沙漠。研究表明,西風帶新疆的全新世氣候變化與北大西洋區(qū)域的氣候變化存在著遙相關(guān)(B?hner.2006;陳發(fā)虎等,2006;安成邦和陳發(fā)虎,2009),全新世以來伊犁塔克爾莫乎爾沙漠基本上處于半荒漠環(huán)境,植被覆蓋度較高,隨著氣候變化發(fā)育了連續(xù)沉積的古風成沙—古土壤地層序列,因而這里是研究西風帶沙漠沉積地球化學(xué)特征、提取古氣候變化記錄的良好場所。作者基于沙漠腹地可克達拉剖面的年代學(xué)和主量元素測試數(shù)據(jù)分析,探討了研究區(qū)晚全新世以來古風沙—古土壤地層序列主量元素含量及其比值變化的古氣候意義,并據(jù)此重建了晚全新世以來的古氣候變化序列。1最大中國從土地資源及土壤伊犁塔克爾莫乎爾沙漠為固定—半固定沙漠,常年被北半球中緯度西風環(huán)流所控制,研究區(qū)自西與哈薩克斯坦的卡拉庫姆沙漠隔河相對,東西長約40?km,南北寬約15～40?km,自西向東成一梯形,面積485km2,是伊犁河谷面積最大的沙漠,整個沙漠面積占霍城縣土地總面積的9%(圖1)。根據(jù)柯本氣候分類,研究區(qū)屬于寒冷冬干氣候,最熱月平均氣溫大于22℃,年均氣溫8.4～9.2℃,年平均降水量200～330?mm,降水季節(jié)分配比較均勻,無明顯干旱季節(jié),春季降水偏多,冬季約有10～25?cm積雪。非地帶性土壤為風沙土,地帶性土壤為灰鈣土,沙漠南部和東南部為以駝絨蔾群系(Form.Ceratoideslatens)為代表的溫帶半灌木、矮半灌木荒漠,沙漠西部和中部為以白梭梭群系(Form.Haloxylonammodendron)為代表的溫帶矮半喬木荒漠,植被覆蓋度可達40%～75%。根據(jù)新疆地球化學(xué)景觀區(qū)劃(劉拓等,2001),研究區(qū)屬于典型的半干旱荒漠地球化學(xué)景觀區(qū)。2實驗樣品與數(shù)據(jù)分析可克達拉剖面位于霍城至63團公路北側(cè)(43°58′13.1″N,80°32′38.9″E,海拔605?m)。該剖面表層為現(xiàn)代風沙層,疏松,發(fā)育植物根系,主體由灰黃色、棕色、灰棕色風成沙(細沙、極細沙)與灰黑色古土壤(含弱成土壤)相互疊置構(gòu)成。其中,風成細沙、極細沙層分選較好,顏色呈淡棕色、灰棕色,結(jié)構(gòu)略緊實,有云母碎片等碎屑礦物?；液谏凵迟|(zhì)古土壤和弱成土壤層質(zhì)地較細,有較多植物根系,含有少量白色斑點狀的碳酸鈣淀積和灰褐色腐殖質(zhì)斑點。剖面出露厚度為3.60?m,無風蝕或侵蝕不整合面,未見底。根據(jù)風成沙光釋光測年和沉積相分析,該剖面主要為晚全新世以來的連續(xù)沉積,空間連續(xù)性較好,且與伊犁黃土—古土壤序列、北疆黃土具有較好的可比性,是該區(qū)域典型代表性剖面(圖2)。在剖面中,按照5?cm間隔等間距采樣73塊。主量元素分析在中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所沙漠與沙漠化重點實驗室完成。實驗儀器是日本理學(xué)株式會社生產(chǎn)的3070E-X熒光光譜儀。首先將采集的73塊樣品晾干、碾磨,使其粒徑小于75?μm,然后稱取粒度小于75?μm的粉末試樣4.0g,用低壓聚乙烯鑲邊墊底,在30?t壓力下壓制成試樣直徑為30?mm的圓片。在X射線管電壓為50kV、電流為50mA、粗狹縫、真空光路的工作條件下,用已建立好的各元素測量條件對樣品進行測試,通過計算機處理后得到被測樣品的分析結(jié)果,元素測量實驗誤差小于5%,主量元素含量以氧化物形式給出,其隨剖面變化特征見圖3。為探討主量元素變化與沉積物粒度組成、有機質(zhì)含量的關(guān)系,采用MasterSizer-2000激光粒度分析儀測試樣品的粒度組成,采用鉻酸鉀—濃硫酸消煮法測定了有機碳(TOC)含量,并對元素含量與粒度組成、TOC含量進行了對比分析(圖4)。在可克達拉剖面中采集風成沙光釋光(OSL)測年樣品3個,深度分別為自表層向下1.65m、2.10m和3.60m。測年在中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所釋光實驗室完成。測試采用了粒徑63～180?μm的粗顆粒石英礦物進行OSL年代的測量。樣品制備和測量均在裝置有微弱紅光燈的暗室中進行。OSL信號測量在丹麥國家實驗室生產(chǎn)的Risoe-OSL/TL-DA15釋光測量儀上完成,測量儀上裝置有劑量率為0.0104Gy/sec的90Sr/90Yβ標準源。所得測年結(jié)果自上而下分別為:1.88±0.29kaBP、2.23±0.19kaBP、3.71±0.38kaBP。利用上述年代數(shù)據(jù),基于磁化率和粒度年齡模型(陳一萌等,2006),分別以0～1.88kaBP,2.23～3.71kaBP為控制點計算剖面不同深度的沉積層年齡;再分別以0～2.23kaBP,1.88～3.71kaBP為控制點計算剖面不同深度的沉積層年齡,并對兩次所得結(jié)果進行內(nèi)插和外延,建立了可克達拉剖面近4kaBP以來的年代序列(表1)。3含量和氣候的重要性3.1古土壤微量元素組成由圖3和表2可以看出,隨著剖面中古風成沙—古土壤沉積序列的交替變化,各元素含量都有明顯的峰谷波動變化。除了SiO2、Na2O在風沙層中的含量較高外,其他大部分元素的氧化物如Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O和MgO等在古土壤層中的含量均高于或略高于古風成沙。其中,SiO2含量46.26%～67.91%,平均57.65%,其在風成沙中的含量高于古土壤;其次,Al2O3和CaO含量較高,兩者均為古土壤中含量高于風成沙中含量。再次是Fe2O3,含量2.57%～7.16%,平均4.32%,也是在古土壤中的含量略高于風成沙。含量最低的是K2O、MgO和Na2O,依次為2.28%～3.1%、1.09%～3.51%和1.68%～2.85%,平均值分別是2.63%、2.49%和2.19%,其中K2O和MgO也表現(xiàn)為古土壤含量略高于風成沙的特征。依據(jù)區(qū)域地化元素背景參數(shù)比較分析(楊萬志等,2008),可克達拉剖面中的K2O、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和Al2O3等6種主量元素氧化物含量的平均值總體上高于天山區(qū)域地球化普元素背景值,僅Na2O含量均值低于天山背景值;而可克達拉剖面古土壤中Na2O、CaO、MgO和SiO2含量低于已發(fā)表的伊犁河谷黃土和古土壤中的含量(葉瑋,2001),但略高于北疆黃土中的含量,即晚全新世以來,研究區(qū)處于低Na2O含量,高K2O、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3、Al2O3含量的地球化學(xué)環(huán)境中,具有硅酸鹽—碳酸鹽風化殼的元素組合特征,也具有半荒漠地球化學(xué)景觀的元素遷移特征。尤其是剖面古土壤樣品中K2O、CaO、MgO、Fe2O3和Al2O3等元素氧化物含量的均值高于天山區(qū)域主量元素背景值,表明這些元素在研究區(qū)古土壤中明顯富集,而Na2O、SiO2含量均值則低于天山區(qū)域元素背景值,表明這些元素在古土壤中分散遷移;剖面風成沙樣品中Na2O、CaO、MgO、Fe2O3和Al2O3等元素氧化物含量均值低于或略低于背景值,表明這些元素在古風成沙中相對分散,而K2O、SiO2的均值高于背景值,表明它們在風成沙中是相對富集的(圖3,圖4)。3.2氣候不同時期、氣候?qū)磐寥纒io、ca、mgo的影響及元素遷移的關(guān)系研究表明,在表生環(huán)境中控制化學(xué)元素遷移的因素主要包括氣候、地形、風場以及元素本身的地球化學(xué)性質(zhì)(文啟忠等,1989;陳一萌等,2006)。在可克達拉剖面風成沙—古土壤序列中,不同性質(zhì)化學(xué)元素的含量在不同類型沉積物中有明顯差異。一般來說,在表生環(huán)境中,K2O、Na2O、CaO、MgO、SiO2、Fe2O3和Al2O3的化學(xué)活潑性依次減弱。在濕潤氣候條件下來自硅酸鹽礦物的SiO2先于Al、Fe淋失。新疆伊犁河谷受西風環(huán)流影響,現(xiàn)代降水量呈現(xiàn)從西至東依次減弱的規(guī)律,降水量明顯多于新疆其他地區(qū)。表2可以看出,研究區(qū)古土壤SiO2含量明顯低于北疆黃土以及天山山區(qū)背景值,表明研究區(qū)化學(xué)風化作用與新疆其他區(qū)域相比較強,可能表明硅酸鹽在古土壤形成的氣候濕潤時期淋失過程相對比較充分?？煽诉_拉剖面中古土壤中SiO2含量相對較低,可能是受到硅酸鹽礦物中SiO2風化淋失作用影響;反之,在干旱氣候條件下,硅酸鹽淋溶不充分,硅酸鹽礦物的風化作用非常微弱,SiO2相對富集。故可克達拉剖面風成沙中SiO2含量較古土壤中多。Al、Fe的化學(xué)性質(zhì)較為相近,比較穩(wěn)定而不易淋溶遷移。在濕潤氣候環(huán)境中,由于其他元素大量淋溶遷移,且Al、Fe等穩(wěn)定性元素多富集在細顆粒中,導(dǎo)致沉積物中Al、Fe含量相對較多;而Fe2O3和Al2O3含量較低時,反映了區(qū)域氣候干旱、降水減少。故可克達拉剖面古土壤中Al、Fe含量高于風成沙中的含量,這與古土壤的粒度組成可能有一定相關(guān)性(圖3,圖4)。Ca、Mg屬于堿土金屬元素,化學(xué)性質(zhì)介于K、Na與Fe、Al之間,是中等活潑元素。在半干旱半濕潤的氣候環(huán)境中,CaO、MgO可以發(fā)生較多的淋溶遷移。K、Na為化學(xué)性質(zhì)極活潑元素,只有在干旱和極端干旱環(huán)境中有利富集(靳鶴齡,2003)。在表生環(huán)境中的含K、Na的可溶性鹽類指示的沉積環(huán)境是有差異的。在氣候濕潤條件下,旺盛的植物對鉀鹽具有較強吸附作用,造成元素K的相對富集;當氣候變干、植物大量死亡后,K回歸土壤、淋失遷移。而在濕潤氣候條件下,可溶性鈉鹽易于淋失(Liu,1993)。另外,K、Na等元素的化學(xué)遷移也與粘粒和有機質(zhì)的吸附作用有關(guān),研究顯示K、Na等元素的含量與沉積物黏土含量呈正相關(guān)關(guān)系。因此,可克達拉剖面古土壤中K2O的含量略高于風成沙中的含量,可能反映了水熱條件較好時期植被對K的吸附作用,以及土壤細顆粒組分和土壤有機質(zhì)對K的積聚作用。而風成沙中Na2O的含量略高于古土壤中的含量,可能反映了上覆地層對下部層位的風化淋溶對Na元素遷移作用的影響。同時風沙層在溫度、流體介質(zhì)、時間和壓力等因素的影響下,細粒礦物在向伊利石轉(zhuǎn)化的過程中會釋放出部分Si4+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Na+等陽離子,使得風沙層中Na含量較上覆古土壤地層含量豐富,風沙層的淋濾過程也可能造成下部古土壤層中Ca元素的富集(圖3,圖4)。另外,研究區(qū)在西風環(huán)流和北部冷高壓影響下,有可能含有北大西洋、中亞、西亞遠源搬運的細粒物質(zhì),也可能含有近源搬運的粗粉砂物質(zhì),從而對剖面化學(xué)元素組分的變化產(chǎn)生影響。3.3氣候環(huán)境氣候特征沉積物特征元素比值可以消除影響化學(xué)元素遷移的多種復(fù)雜因素,并指示元素的相對富集程度和沉積環(huán)境特征(Harnois,1988;王國平等,2005)。根據(jù)研究區(qū)地球化學(xué)環(huán)境特點,作者選取幾種氣候環(huán)境代用指標進行系統(tǒng)分析(圖4):殘積系數(shù)[(Al2O3+Fe2O3)/(RO+R2O)]指示風化淋溶作用的強弱。其比值越小,說明風化淋溶強度越弱,反映氣候越干旱;反之,說明風化淋溶作用強烈,反映氣候濕潤?？煽诉_拉剖面的殘積系數(shù)變化出現(xiàn)4～5個明顯的峰值段,表明研究區(qū)可能存在4～5個相對濕潤的氣候階段?；瘜W(xué)風化指數(shù)[Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)]是表明風化程度的指標。該指數(shù)增大表示沉積物化學(xué)風化作用增強,沉積環(huán)境的水熱組合狀況相對優(yōu)越。反之,說明風化作用減弱,沉積環(huán)境水熱條件較差?？煽诉_拉剖面化學(xué)風化指數(shù)與殘積系數(shù)大致同步變化,呈現(xiàn)4～5個較明顯的旋回變化,表明近3.7kaBP以來研究區(qū)經(jīng)歷過4～5個氣候相對濕潤—干旱的變化時期。退堿系數(shù)[(K2O+Na2O+CaO)/Al2O3]也可指示氣候環(huán)境的干濕變化。Na2O、CaO和K2O的化學(xué)性質(zhì)較活潑,容易發(fā)生淋溶,因此該系數(shù)增大時,表明氣候環(huán)境趨向于干旱;反之表明氣候環(huán)境趨向于濕潤。從圖4可知,在研究區(qū)發(fā)育古土壤的濕潤期,退堿系數(shù)減小,殘積系數(shù)和化學(xué)風化指數(shù)增大,這些指標較好地反映了沉積環(huán)境的變化。鈉鈣比[Na2O/CaO]是反映干旱荒漠化程度的指標。因為Na的化學(xué)性質(zhì)比Ca活潑,它析出在Ca的前面。Na是荒漠草原的標型元素,Ca是草原、干草原的標型元素(高全洲等,1998)。鈉鈣比增大表明沉積環(huán)境荒漠化程度增強,反之則向濕潤草原方向發(fā)展。淋溶系數(shù)[Si2O/(RO+R2O)]和硅鐵鋁率[Si2O/(Al2O3+Fe2O3)]均表示表生環(huán)境化學(xué)元素的淋溶遷移強度。一般情況下,濕潤氣候條件下硅鐵鋁率較小,淋溶系數(shù)較大,而干旱氣候條件下硅鐵鋁率較大,淋溶系數(shù)較小,但也會出現(xiàn)不同情況(李后信等,2002)。干旱半干旱地區(qū)耐旱、耐鹽堿植物的吸附作用有可能超過其淋失率,出現(xiàn)淋溶系數(shù)與上述規(guī)律相反的情況?？煽诉_拉剖面中鈉鈣比、淋溶系數(shù)和硅鐵鋁率變化均同期出現(xiàn)4～5個明顯的高值段,表明區(qū)域氣候有過4～5次干旱期,在干旱期沉積環(huán)境向荒漠化方向發(fā)展(圖4)。4氣候特點及區(qū)域差異綜上所述,3.71kaBP以來伊犁塔克爾莫乎爾沙漠的氣候變化總體上有干旱化趨勢。根據(jù)主量元素含量變化特征,并以地球化學(xué)參數(shù)、TOC和粒度參數(shù)作為變量進行最優(yōu)分割分析,可將可克達拉剖面3.71kaBP以來的氣候環(huán)境變化分為5個階段(圖4)。各個階段中的冷期與同期北大西洋表層水溫以及浮冰碎屑記錄的冷事件有較好的對應(yīng)關(guān)系(圖5)(Bondetal.,1997;Morosetal.,2004;蔣輝等,2006)。階段Ⅰ:3.71～3.06kaBP,剖面中出現(xiàn)1次風成沙與弱成古土壤的交替旋回。從整體上看,沉積物平均粒徑(Mz)3.42～8.03Φ、均值為5.86Φ,TOC含量也較高,SiO2含量較低,平均含量僅57.27%,Fe、Al、Ca、Mg含量較高,K波動增加,Na波動減小,退堿系數(shù)、硅鐵鋁率均值在全剖面中最小,殘積系數(shù)的均值最大,反映為氣候較濕潤時期。中國東部季風區(qū)此時正處于第4新冰期向新溫暖期過渡的階段,北半球總體則處于第3新冰期(Denton,1973)。其中,3.71～3.56kaBP為古風成沙沉積(H3E9E93),SiO2含量有所增加,Fe、Al、Ca、Mg含量有所減少(圖3),淋溶系數(shù)、硅鐵鋁率、退堿系數(shù)及鈉鈣比呈現(xiàn)較明顯的峰值,化學(xué)風化指數(shù)和殘積系數(shù)呈現(xiàn)較明顯谷值(圖4),表明氣候干旱、植被稀少,植物對元素的吸附作用小于其淋失率。3.56～3.06kaBP發(fā)育弱成古土壤(H3S6S63),可能在北半球第3新冰期冷干氣候背景下,該區(qū)至少出現(xiàn)過1次溫涼濕潤的氣候波動。此時Fe、Al明顯增多,因植物增加、細顆粒組分增加,吸附增強,K含量也增多,Na含量減少,硅鐵鋁率、淋溶系數(shù)、鈉鈣比、退堿系數(shù)出現(xiàn)明顯的谷值,化學(xué)風化指數(shù)和殘積系數(shù)出現(xiàn)明顯峰值,顯示本階段由涼濕、冷濕向暖干逐漸過渡的氣候變化過程。階段Ⅱ:3.06～2.78kaBP,Mz為2.55Φ,為全剖面峰值段,風沙粒徑很粗;SiO2含量也很高,平均值達60.51%,Fe、Al、Ca、Mg含量最小;低含量的TOC也反映氣候干旱、植被稀疏,植物有機質(zhì)對元素的富集作用很小,活潑元素淋失也減弱,因此K含量波動減少,Na含量增大(圖3)。該階段殘積系數(shù)較小,退堿系數(shù)增大,并出現(xiàn)多次波動,同時鈉鈣比、硅鐵鋁率及淋溶系數(shù)出現(xiàn)振幅較大的波動(圖4),表明氣候出現(xiàn)較劇烈變化。各項元素地球化學(xué)指標均反映為干旱氣候期。此時中國東部季風區(qū)正由新溫暖期向干冷期過渡。從全球變化來看,北半球此時處于第3新冰期與第4新冰期之間的暖期階段(Denton,1973)。階段Ⅲ:2.78～2.10kaBP,剖面中出現(xiàn)兩次古土壤與風成沙沉積旋回,Mz為4.67Φ,沉積物粒度組成趨于變細,同時TOC含量趨于增加。其中,風成沙以極細沙為主,有弱成古土壤發(fā)育。SiO2含量較低,平均含量55.90%,Al、Ca、Mg含量較高,Fe含量最高,TOC含量增加,植物吸收使元素K富集,但元素Na含量較低(圖3)。淋溶系數(shù)、硅鐵鋁率、退堿系數(shù)及鈉鈣比較上階段減小,殘積系數(shù)與化學(xué)風化指數(shù)比上階段增加(圖4),表明氣候較上階段濕潤。但從Ca、Mg含量增大、鈉鈣比增大看,降水增加幅度較小,顯示為荒漠草原環(huán)境,并且荒漠化有增強趨勢,氣候比較干旱。其中,2.75kaBP左右發(fā)育弱成古土壤(H3S5S53),硅鐵鋁率、鈉鈣比、淋溶系數(shù)以及退堿系數(shù)均表現(xiàn)為峰值,而殘積系數(shù)和化學(xué)風化指數(shù)為谷值。古土壤層上部夾雜腐殖質(zhì)和植物根系,顯示出古氣候從相對暖干轉(zhuǎn)向相對涼濕。在2.63～2.23kaBP期間發(fā)育1個古土壤(H3S4S43)—風成沙旋回,硅鐵鋁率、鈉鈣比及淋溶系數(shù)減小為谷值,化學(xué)風化指數(shù)及殘積系數(shù)增大,表現(xiàn)為峰值,但退堿系數(shù)增大,反映古氣候轉(zhuǎn)向相對冷濕。北疆古爾班通古特沙漠西南隅的莫索灣剖面也顯示在2.72kaBP和2.34kaBP前后有過兩次沙質(zhì)弱成古土壤發(fā)育時期(陳慧中等,2001)?？傮w上看,研究區(qū)處于涼濕向冷濕氣候變化,可能對應(yīng)中國東部季風區(qū)干涼向溫濕氣候的過渡階段,此階段中,北半球大部分處于相對溫暖期(Denton,1973)。階段Ⅳ:2.10～0.50kaBP,剖面中有3次古土壤與風成沙交替的沉積旋回。總體上看,SiO2含量較高,Al、Mg、Fe含量波動減小,硅鐵鋁率及淋溶系數(shù)較大,退堿系數(shù)最大。殘積系數(shù)與化學(xué)風化指數(shù)均有減小,K含量較高,Ca含量最高,Na含量與上階段基本持平。隨著CaO含量增加,鈉鈣比較小(圖4,圖5),顯示環(huán)境向干草原發(fā)展的趨勢。北半球氣候逐步向小冰期冷濕氣候過渡。其中,2.10～1.88kaBP發(fā)育1個次級古土壤(H3S3S33)—風成沙旋回,殘積系數(shù)、化學(xué)風化指數(shù)出現(xiàn)峰值,退堿系數(shù)、淋溶系數(shù)、硅鐵鋁率及鈉鈣比出現(xiàn)谷值,顯示區(qū)域氣候經(jīng)歷干旱—較濕潤—干旱的波動變化。在1.88～1.32kaBP期間也發(fā)育1個次級古土壤(H3S2S23)—風成沙旋回,殘積系數(shù)、化學(xué)風化指數(shù)出現(xiàn)較小峰值,而退堿系數(shù)、淋溶系數(shù)、硅鐵鋁率及鈉鈣比出現(xiàn)較小谷值,表明區(qū)域氣候經(jīng)歷干旱—較濕潤—干旱的波動變化。第3期古土壤(H3S1S13)形成時間大約為1.32～0.5kaBP,與中世紀暖期(900～1300A.D.)在時間上較為接近,同時新疆古里雅冰芯記錄的公元1100年也是區(qū)域氣候轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵點(姚檀棟等,1996),但是中國西部10～13世紀的暖期并不十分明顯,而轉(zhuǎn)向寒冷變化趨勢比東部地區(qū)要顯著(王紹武和龔道溢,2000)。同時,冰島北部陸架在2.10～0.50kaBP期間有3次明顯的降溫事件,研究區(qū)此階段發(fā)育的3次古風成沙—古土壤沉積旋回可能是這3次降溫事件的產(chǎn)物。階段V:0.50kaBP至今,剖面上部殘積系數(shù)和化學(xué)風化指數(shù)趨于減小,但兩者的均值都較大;硅鐵鋁率、淋溶系數(shù)、鈉鈣比及退堿系數(shù)也在增大(圖4),但其均值都較小,在持續(xù)增大過程中出現(xiàn)1次谷值波動,表明本階段發(fā)生1次較強烈的寒冷事件。該階段元素含量及其比值總體反映為相對溫涼干旱氣候,而最近100a以來區(qū)域氣候迅速轉(zhuǎn)向暖干。上述變化特征對應(yīng)北半球16～19世紀發(fā)生的小冰期寒冷氣候期以及20世紀初延續(xù)至今的全球氣候變暖。前人研究表明,0.50～0.10kaBP期間,北半球氣候偏冷,天山雪線降低、冰雪覆蓋增加,北疆古爾班通古特沙漠在該時期也以風沙沉積為主,表現(xiàn)出干冷多風的氣候特點,但在0.38kaBP發(fā)生1次短暫的、相對冷濕的氣候波動(Denton,1973;姚檀棟等,1996;王紹武和龔道溢,2000)。5氣候環(huán)境的區(qū)域差異新疆伊犁塔克爾莫乎爾沙漠腹地可克達拉剖面古風成沙—古土壤沉積旋回主量元素含量以及特征元素比值的變化特征,記錄了研究區(qū)晚全新世以來古氣候環(huán)境的波動變化序列,顯示出3.7kaBP以來研究區(qū)氣候環(huán)境波動式干旱化的發(fā)展趨勢。最近3.7kaBP以來,研究區(qū)氣候環(huán)境變化可以劃分為5個相對冷濕(涼濕)、暖干(溫干)交替的氣候變化階段。研究表明,可克達拉剖面主量元素含量、特征元素比值以及TOC含量與粒度參數(shù)等氣候環(huán)境替代指標所揭示古氣候環(huán)境的冷暖干濕波動,既與北半球氣候變化階段具有大致同步的變化特征,也與西風帶周邊其他區(qū)域的氣候變化記錄具有很好的可比性。值得注意的是,本區(qū)各個階段氣候變化事件與西風帶中高緯度北大西洋區(qū)域的氣候變化具有明顯的遙相關(guān),說明研究區(qū)氣候變化有可能主要受全球變化的驅(qū)動,同時也表現(xiàn)出鮮明的區(qū)域特點。全新世晚期以來,研究區(qū)氣候演變主要表現(xiàn)為相對冷濕與暖干交替的西風帶模式,表生地球化學(xué)環(huán)境和元素遷移過程也表現(xiàn)出較明顯的區(qū)域特點。在相對冷濕氣候期,植物覆蓋較好,化學(xué)風化較強、成土作用有所增強,并發(fā)育具有灰鈣土性質(zhì)的古土壤,C