游海濤 孫春青 李全林 劉嘉麒

1（中國科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 中國科學(xué)院計(jì)算地球動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100049）

2（中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 100029）

3（中國科學(xué)院高能物理研究所 北京 100049）

二龍灣瑪珥湖年紋層湖泊沉積物元素的X射線熒光光譜分析

游海濤1孫春青2李全林3劉嘉麒2

1（中國科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 中國科學(xué)院計(jì)算地球動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100049）

2（中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 100029）

3（中國科學(xué)院高能物理研究所 北京 100049）

運(yùn)用同步輻射X射線熒光光譜分析技術(shù)對二龍灣瑪珥湖0?485 mm (AD1282?AD1988)區(qū)間年紋層沉積物進(jìn)行了分析，獲得了Ti、Mn、Br等6種高分辨率元素含量。并對元素進(jìn)行了因子分析，提取出控制沉積物化學(xué)組成的三個主要因子：早期成巖因子F1、生物成因因子F2和流域侵蝕因子F3。進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)2和F3的因子得分分別可以作為氣候冷暖和干濕變化的代用指標(biāo)，從而為古氣候古環(huán)境重建提供了一條有效的新途徑。結(jié)合高分辨率紋層年代學(xué)結(jié)果，初步評價了過去700年來該區(qū)域氣候及環(huán)境演化歷史。小冰期在二龍灣地區(qū)結(jié)束于AD1890年，期間波動較大，但不是表現(xiàn)為持續(xù)冷氣候，共經(jīng)歷了三次冷波動集中時期。進(jìn)入AD1890年以來，該區(qū)整體上呈現(xiàn)溫暖濕潤氣候，但具體表現(xiàn)為溫度逐漸降低、降水量逐漸增加的趨勢，直至AD1985年降水量回落，溫度轉(zhuǎn)而升高。這是20世紀(jì)氣候變暖在該區(qū)域的反映。

X射線熒光分析，湖泊沉積物，元素地球化學(xué)特征，二龍灣，環(huán)境變化記錄，紋層年代學(xué)

過去1000年以來，氣候變化是人類對地球影響最大的時期，更是現(xiàn)代器測資料與過去代用指標(biāo)序列銜接的關(guān)鍵時段。對這段時間氣候和環(huán)境變化的深入了解，可為預(yù)測未來50?100年地球系統(tǒng)的區(qū)域至全球尺度的變化速率提供極有價值的參考資料[1?3]。

在過去全球變化研究的各種載體中，瑪珥湖由于其具有較小的匯水區(qū)域和封閉的特征，在恢復(fù)短時間尺度的氣候和環(huán)境演化時有其他自然歷史記錄無法比擬的優(yōu)勢[4?7]。尤其在年代建立方面，其年紋層沉積物可以提供精確的“年”分辨率的時間標(biāo)尺[5, 8?10]。

本文選擇中國東北龍崗火山區(qū)二龍灣瑪珥湖作為研究區(qū)域。過去對該區(qū)沉積物的研究主要集中在巖石磁學(xué)[11]、地球化學(xué)[6]、硅藻[12?13]、孢粉[14?15]等常規(guī)指標(biāo)的研究上，顯然這些非原位分析常規(guī)代用指標(biāo)在時間分辨率上略顯不足，很難達(dá)到年、季節(jié)尺度的分辨率，這也就制約了高分辨率全球變化研究的精度。微區(qū)X射線熒光原位無損分析是近年發(fā)展起來的方法，該法可分為常規(guī)的微區(qū)X射線熒光分析和同步輻射X射線熒光分析(Synchrotron radiation X-ray fluorescence analysis, SRXRF)。利用SRXRF對沉積物進(jìn)行分析，不破壞樣品，光斑大小可控制在2?100 μm，可以將樣品的分辨率提高到季節(jié)尺度，目前在古氣候、古環(huán)境研究領(lǐng)域已取得了一些可喜的成果[16?18]。我國在利用同步輻射技術(shù)開展高分辨率古氣候、古環(huán)境變化研究方面還處于起步階段，例如，Chu等[10,19]利用同步輻射技術(shù)對湖泊沉積物進(jìn)行了分析，重建了季節(jié)性尺度的區(qū)域降水量變化。

本文將利用同步輻射技術(shù)定量分析中國龍崗火山區(qū)二龍灣瑪珥湖0?485 mm沉積物中微量元素含量，運(yùn)用沉積物中的地球化學(xué)元素含量的變化特征，提取有效的氣候環(huán)境信息，重建過去沉積環(huán)境的變化序列，這是研究地球環(huán)境系統(tǒng)的常用方法之一[20?21]。然而，僅簡單地通過個別元素的變化趨勢，有時很難準(zhǔn)確地分析復(fù)雜的沉積過程以及對環(huán)境變化序列的重建。因此有學(xué)者提出采用因子分析的方法提取有效因子，來判別沉積物中不同組分的貢獻(xiàn)，推導(dǎo)出合理古環(huán)境重建的推論[22?23]。

1 研究區(qū)概況

二龍灣瑪珥湖(圖1)是中國東北龍崗火山區(qū)內(nèi)一個積水的瑪珥湖(126°21.4′E，42°18.1′N)，聲納探測顯示湖盆為橢圓形(圖1A)，南北長約750 m，東西寬約500 m，湖面海拔722 m，湖水表面積約為0.31 km2，最大水深33 m，湖底平坦開闊?；鹕娇谥車珘Τ虱h(huán)狀包圍湖泊，高出水面40?50 m，分兩個階梯，從水面至10?20 m高處為緩坡，再往上至山頂為陡坡，湖東垣幾乎全由花崗片麻巖構(gòu)成，可見其露頭和轉(zhuǎn)石，而很少能見到火山噴發(fā)物。該地區(qū)處于東亞季風(fēng)區(qū)內(nèi)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均溫度為2?4 °C，年平均降水量為775 mm，地面草木叢生，植被類型為溫帶針闊葉混交林，是研究第四紀(jì)古氣候演變的理想地區(qū)。

圖1 二龍灣瑪珥湖地理位置及湖盆形狀(A)[24]Fig.1 Location of Erlongwan Maar Lake and the shape of the lake basin (A)[24].

2 樣品采集及定年方法

2001年中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所與德國地球科學(xué)研究中心聯(lián)合采用先進(jìn)的冷凍巖芯取樣器及經(jīng)過改良的Usinger活塞鉆機(jī)對二龍灣瑪珥湖湖底沉積物進(jìn)行了鉆取工作，獲得無擾動、無缺失、完整而連續(xù)的兩個鉆孔近于等長的沉積物巖芯。根據(jù)兩根巖芯的磁化率和清晰發(fā)育的紋層、火山灰層、特征沉積層等標(biāo)志進(jìn)行仔細(xì)對比和拼接，建立了一個連續(xù)完整的組合剖面[11]。巖芯鉆取后運(yùn)回德國地球科學(xué)研究中心恒溫4 °C的冷庫中保存，隨后進(jìn)行包括剖樣、巖芯表面描述、照相、分樣、冷凍干燥及大薄片的制作等實(shí)驗(yàn)室處理[25]。

本文選取Usinger活塞鉆獲取的0?485 mm沉積物樣品進(jìn)行研究(圖2a)，其中104?291 mm為滑塌部分，不予研究。另外和組合剖面對比發(fā)現(xiàn)，此巖芯表層缺失2 cm，所以此巖芯表層相當(dāng)于組合剖面的2 cm處。沉積巖芯時間序列的建立是通過顯微鏡下觀察大薄片進(jìn)行精確的年紋層計(jì)數(shù)，并結(jié)合210Pb、137Cs同位素定年實(shí)現(xiàn)的[6]。

3 SRXRF分析測試

SRXRF分析測試是在北京同步輻射裝置4W1B熒光站完成的。測定時貯存環(huán)的電子為2.5 GeV，束流強(qiáng)度為150?250 mA，入射光光斑直徑為50 μm。探測器為美國PGT Si(Li)固體探測器及能譜儀系統(tǒng)，掃描時間30 s。這滿足了高分辨率研究的需要。

快速冷凍-冷凍干燥法是將孔隙中的水分冷凍干燥移走，而不改變沉積物結(jié)構(gòu)的一種相對簡單而快速的方法。野外鉆取的沉積物經(jīng)過上述方法處理后再真空注膠得到的樣品即可用來本次SRXRF測試分析。

利用三個標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSD-1a、GSS-14、GSS-16)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后再利用PyMca軟件處理實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)[26]，選擇Hypermet函數(shù)進(jìn)行譜圖擬合歸一，獲得元素譜峰凈面積，最后通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線來定量得出樣品中高分辨率元素含量。

4 結(jié)果與討論

4.1 紋層年代學(xué)

紋層計(jì)年是根據(jù)沉積物中發(fā)育的年紋層進(jìn)行計(jì)數(shù)和測量，是一種絕對的、精確的計(jì)年方式。顯微鏡下觀察巖相大薄片是目前國際上開展年紋層計(jì)數(shù)最常用的方法。紋層計(jì)年作為一種可靠的定年方法的首要前提是紋層有“年”特征，即一組紋層必須是在一年內(nèi)沉積的。確定年紋層組成特征是進(jìn)行精確的年紋層計(jì)數(shù)、年紋層厚度測量等工作的前提。

經(jīng)顯微觀察大薄片得知，二龍灣瑪珥湖沉積物0?485 mm具有良好的生物年紋層特征[24]，一個年紋層是由兩個可辨識的微層組成(圖2a)，即秋季繁盛的甲藻孢囊微層和代表冬-春季節(jié)的由外源礦物質(zhì)層和內(nèi)源的硅藻、綠藻等生物有機(jī)質(zhì)層組成的混合層(圖2b)。另外根據(jù)獨(dú)立的137Cs時標(biāo)、210PbexCIC模式年齡以及紋層計(jì)年結(jié)果都表明，二龍灣瑪珥湖發(fā)育的紋層為年紋層，且組合剖面的5.5 cm處被確認(rèn)為1963年全球137Cs散落的高峰值[27]，由于此研究巖芯比組合剖面缺失2 cm，也就是說該巖芯中3.5 cm處為1963年。這就為接下來紋層計(jì)年的可靠性提供了重要的信息。

通過顯微鏡下觀察沉積物大薄片并結(jié)合巖芯表面照片，按每厘米為一單元進(jìn)行單人多次和多人多次的平均紋層計(jì)年，計(jì)年誤差為5%?7%，以此來建立高分辨率時間序列，并統(tǒng)計(jì)出每厘米內(nèi)年紋層厚度(圖2c)。

圖2 二龍灣瑪珥湖0?485 mm沉積物剖面(a)、年紋層類型(b)、紋層計(jì)年結(jié)果和年紋層厚度(c)Fig.2 Profile (a), varve type (b), varve-counting ages and varve thickness (c) for Erlongwan Maar Lake 0?485 mm sediments.

4.2 元素含量和變化特征

用SRXRF分析了二龍灣瑪珥湖沉積物中含量較高的K、Ti、Mn、Br、Rb、As元素。圖3為AD1282?AD1988期間這6種元素含量隨時間的變化曲線。其中沉積物中K元素含量最高；其次是Ti元素，元素含量波動范圍為7702.3?1263.9 μg·g?1，平均為3537.4 μg·g?1；另外Mn元素含量最高值達(dá)888.4 μg·g?1，以177.2 μg·g?1的平均含量位居第三；而Br、Rb、As元素的含量比較穩(wěn)定，平均值分別為101.1 μg·g?1、91.2 μg·g?1、40.5 μg·g?1。

本研究時段內(nèi)地球化學(xué)元素含量的變化具有明顯的階段性特征，表明不同的極端影響因子的作用也不一樣。K元素變化階段性最明顯，階段性變化節(jié)點(diǎn)為AD1420、AD1630、AD1800、AD1890，其最高值出現(xiàn)在AD1800?AD1820；As元素含量在19世紀(jì)之前比較穩(wěn)定，19?20世紀(jì)期間表現(xiàn)明顯增加，進(jìn)入20世紀(jì)以來，有顯著增加并達(dá)到最高值后呈現(xiàn)逐漸回落的趨勢，這可能和二龍灣瑪珥湖的演化有關(guān)；Rb元素與K元素含量在AD1630年以來變化趨勢相似，但前者在AD1630以前階段性波動更頻繁；Br在AD1890之前波動頻繁，但變化不是很明顯，進(jìn)入20世紀(jì)后突然增加至最高值后，逐漸和As元素含量呈相似的降低趨勢；相對而言，Mn和Ti元素波動頻繁，但階段性變化趨勢不明顯，變化特征與其他元素有較大區(qū)別，可能是沉積后沉積物-水界面再遷移作用所導(dǎo)致的。沉積物巖芯頂部Mn、Ti含量明顯增加，這可能是由流域侵蝕增強(qiáng)和土壤的潛育化導(dǎo)致的。

圖3 二龍灣碼珥湖沉積物元素含量AD1282?AD1988Fig.3 Element content of Erlongwan Maar Lake during AD1282?AD1988.

通常在暖濕氣候條件下，湖水呈弱酸性，使得元素活性增加，遷移能力加大，導(dǎo)致沉積區(qū)元素相對富集；而在干冷氣候條件下，由于風(fēng)化作用減弱，介質(zhì)堿性增強(qiáng)，生物活動降低，從而使元素活性降低，使這些元素在沉積區(qū)降低。通過分析數(shù)據(jù)(圖3)，這6種元素含量在本研究時段內(nèi)都有一定的明顯變化，并顯示出多種變化形式，但并不是所有元素都呈現(xiàn)一致的升高或者降低，因此根據(jù)這些元素含量很難進(jìn)行氣候環(huán)境條件的準(zhǔn)確推斷。造成此變化的主要原因可能有兩個：一是本次數(shù)據(jù)是由步長100 μm的微分析得到的高分辨率數(shù)據(jù)，可能會造成一些分析上的誤差；二是元素含量不僅與自身的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，且受控于自然環(huán)境中的很多復(fù)雜因素，在這種情況下，直接以這些元素的含量作為氣候變化的代用指標(biāo)，難免會得出無法解釋的錯誤甚至是自相矛盾的結(jié)論[22]。

4.3 元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析——因子分析

由于沉積物中元素含量變化受多種因素控制，可能與陸源輸入、生物成因及自生礦物有關(guān)，所以目前地球化學(xué)研究中普遍采用因子分析方法來分析元素含量變化與各種環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)[28]。

本文運(yùn)用特征值準(zhǔn)則與因子累計(jì)方差貢獻(xiàn)率相結(jié)合的方法，對SRXRF測定的6種元素（14370個數(shù)據(jù)）用SPSS19軟件中的因子分析方法，從碎石圖中提取出三個特征值大于1的主要影響因子，累計(jì)方差貢獻(xiàn)約78%。并采用方差最大方法對初始載荷矩陣進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)(表1)，使得每個指標(biāo)在少數(shù)因子上有較大載荷。

表1 因子方差圖Table 1 Rotated component matrix for the 6 main elements.

由表1，F(xiàn)1因子是由載荷系數(shù)為0.91、0.81的K、Rb組合，解釋了原有6個變量總方差的36.83%，因而該因子對二龍灣沉積物化學(xué)組成的影響最大。Rb是典型的親石分散稀有堿金屬元素，在自然界中主要以分散形式存在，極少形成單獨(dú)礦物。在化學(xué)風(fēng)化過程中，Rb與K的性質(zhì)相似，常以類質(zhì)同像的形式賦存于鉀長石、云母、高嶺石等風(fēng)化殘余的碎屑物中。顯微鏡下觀察二龍灣表層沉積物碎屑微層的礦物成分，主要為石英、長石及粘土礦物等。粘土礦物常吸附較多的K、Rb等堿金屬離子，在早期成巖過程中，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時，K、Rb離子又會被釋放而進(jìn)入孔隙水?dāng)U散遷移，導(dǎo)致K和Rb在表層沉積物中有所降低。由此可見，F(xiàn)1因子所包含的兩個變量K、Rb均與早期成巖作用密切相關(guān)，可以稱之為早期成巖因子[22]。同處于龍崗火山區(qū)的小龍灣瑪珥湖沉積物研究表明，該區(qū)位于沙塵暴的必經(jīng)之地，富含Rb的碎屑物主要來源和粉塵輸入有很緊密的聯(lián)系[19]。

F2因子是正載荷系數(shù)為0.87、0.82的As、Br的組合，方差貢獻(xiàn)約占總方差貢獻(xiàn)的23.77%，僅次于F1因子，因而該因子對二龍灣沉積物化學(xué)組成的影響也較大。Br來源于生命物質(zhì)，包括植物和動物，生物腐爛后會析出Br，溫度高的時期生物量增加，析出的Br也相應(yīng)增加，反之則減少。在火山區(qū)，As容易富集于高溫燃燒產(chǎn)物中[29]，另外它也容易在生物成因的有機(jī)質(zhì)中富集，有可能也是構(gòu)成生命的一種元素。也就是說，As和Br都是與生命有關(guān)的元素，反映當(dāng)時環(huán)境下的生物活動狀況，間接地提供環(huán)境變化方面的信息。由于生物活動狀況受冷暖變化影響較大，因此可以認(rèn)為F2因子可能主要與古氣候冷暖變化相關(guān)。

F3因子的方差貢獻(xiàn)僅占總方差貢獻(xiàn)的16.87%，該因子對Mn、Ti有較大的載荷。在自然條件下，湖泊沉積物一般包括兩部分物質(zhì)來源：一是流域侵蝕帶來的外來組分；二是湖泊水體中各種物理、化學(xué)及生物過程所產(chǎn)生的內(nèi)生沉淀。湖盆流域的巖石與土壤侵蝕作用帶給沉積物的直接物質(zhì)輸入主要是以顆粒態(tài)存在的碎屑組分，在很多時候湖泊沉積物中的Ti都是外源碎屑沉積。由于流域的侵蝕作用強(qiáng)弱與流域地表徑流發(fā)育程度密切聯(lián)系，而地表徑流發(fā)育程度又取決于湖盆流域降雨量的多寡，也即決定于區(qū)域氣候的干濕狀況，在一定程度上反映了氣候的干濕變化[22,30?31]。另外研究表明，在沉積環(huán)境中，Mn元素含量主要依賴于氧氣的存儲和轉(zhuǎn)移，Mn因其豐富的含量可能成為湖泊沉積物有機(jī)質(zhì)降解的主要氧化劑[32]，Mn的界面循環(huán)、沉積后的再遷移程度較為顯著，在有機(jī)質(zhì)降解和早期成巖過程中扮演了主要角色。Mn值可以指示當(dāng)時的水深條件[33]，也可間接地反映降水因素和流域侵蝕對沉積物化學(xué)組成的影響。由圖3，從19世紀(jì)末開始，Mn含量明顯增加，這極可能是由于降雨量增加，流域徑流發(fā)育侵蝕增加，同時土壤層相對濕潤，土壤潛育化程度增加，在缺氧狀態(tài)，由嫌氣微生物進(jìn)行分解有機(jī)質(zhì)的同時，高價Mn被部分還原為流動性強(qiáng)、極易流失的低價Mn。另外F3因子與磁化率有著良好的對應(yīng)關(guān)系(圖4)，沉積物磁化率大小主要取決于礦物成分，特別是鐵磁性礦物的含量和結(jié)構(gòu)。而磁化率作為古氣候古環(huán)境指標(biāo)已經(jīng)為多項(xiàng)研究所證實(shí)，綜上分析可認(rèn)為，F(xiàn)3代表了流域的侵蝕作用，可以稱為流域的侵蝕因子。它的因子得分曲線可近似反映區(qū)域氣候干濕變化歷史。

4.4 元素地球化學(xué)的古氣候、古環(huán)境指示意義

沉積物巖芯中任一樣品的主控因子將反映與該樣品相對應(yīng)的時間里影響沉積物化學(xué)組成的主要過程。綜上所述，二龍灣瑪珥湖沉積物化學(xué)組成主要受早期成巖(F1)、生物成因(F2)和流域侵蝕因子(F3)影響。其中早期成巖因子對沉積物化學(xué)組成起著決定性作用；生物成因因子可視為氣候冷暖變化的良好指標(biāo)，對沉積物化學(xué)起著一定的改造作用；同樣，流域侵蝕因子或者說降水因子又具有干濕變化指示意義。

湖泊沉積物的化學(xué)元素組成不僅受控于湖盆流域的地質(zhì)、地球化學(xué)背景及風(fēng)化強(qiáng)度，同時也與湖泊的水化學(xué)條件息息相關(guān)。這二者的變化均與氣候變化密切相關(guān)。研究區(qū)域的氣候變化將直接影響從匯水盆地進(jìn)入到湖泊的元素組成。例如在溫暖濕潤期，進(jìn)入到湖底的易遷移元素及生物成因元素可能會增加，由于研究區(qū)的植被發(fā)育良好，植被覆蓋過厚可能又會減緩這些元素的遷移增加。也就是說，降水和植被覆蓋能調(diào)節(jié)由于物理風(fēng)化而導(dǎo)致進(jìn)入湖泊的碎屑量。

圖4為二龍灣瑪珥湖0?485 mm沉積物各樣品的沉積年代與因子得分情況。其根據(jù)各層位的因子得分，可對沉積環(huán)境演化做出分析。

圖4 因子得分曲線Fig.4 Curves of principal component factors.

小冰期(Little Ice Age, LIA)，指發(fā)生在中世紀(jì)暖期后的一個相對冷的階段[34?35]。目前來看，不同區(qū)域不同研究給出的LIA的起始時間不同，結(jié)束時間也不一樣，但大多數(shù)給出LIA結(jié)束時間為19世紀(jì)末[36?37]。

根據(jù)指示冷暖的F2因子得分曲線顯示，AD1890前相對比較低，這可能是現(xiàn)代小冰期（一般泛指AD1550?AD1850間的氣候相對寒冷時期）在二龍灣地區(qū)的反映，但小冰期并不是持續(xù)冷氣候，AD1575?AD1600、AD1650?AD1730、AD1770?AD1800為較冷時段，和文獻(xiàn)[38]結(jié)果一致。Ge等[39]綜合各代資料記錄顯示，中國東北部LIA分兩個冷時段1470–1710s和1790–1860s，1720–1780s較暖；He等[40]石筍記錄重建的溫度曲線認(rèn)為蒙德極小期(AD1645?AD1715)對應(yīng)于氣候寒冷期；D'Arrigo等[41]對Cook重建的Nino 3指數(shù)進(jìn)行莫勒特小波分析也發(fā)現(xiàn)，蒙德極小期對應(yīng)于LIA（16世紀(jì)晚期?17世紀(jì)早期），且蒙德極小期與強(qiáng)ENSO (El Ni?o-Southern Oscillation)變化相對應(yīng)。從圖4可以看出，地表流域侵蝕因子F3得分在LIA期間相對平穩(wěn)且比較低，說明在此期間流域侵蝕作用較弱，較弱的流域侵蝕作用反映了流域地表徑流缺乏，指示了此時區(qū)域氣候處于干旱少雨時期。但在AD1575? AD1600和AD1770?AD1800期間，流域侵蝕因子F3的因子得分最高，說明在此期間流域侵蝕作用強(qiáng)烈，反映湖盆流域地表徑流發(fā)育，指示區(qū)域氣候處于濕潤多雨。AD1800?AD1890期間，早期成巖因子F1得分最高，說明此階段物理風(fēng)化最強(qiáng)。AD1890前后轉(zhuǎn)而升溫，預(yù)示著一個新的氣候變暖期開始。

20世紀(jì)異常變暖是指約1920s以來的氣候變暖[42?43]，自AD1890以來，早期成巖因子F1驟然降低，這可能是由于降雨量增大而導(dǎo)致元素遷移造成的。生物成因的F2因子曲線表現(xiàn)出20世紀(jì)以來因子得分比較高，說明此期間相對比較溫暖，這是20世紀(jì)變暖的真實(shí)反映，但此時溫度不是持續(xù)升高，AD1905后再次變冷至AD1985左右而又逐漸升溫。地表流域侵蝕因子F3得分曲線可以看出進(jìn)入20世紀(jì)以來，降雨量緩慢增大，到AD1920左右，降雨量驟然降低，持續(xù)150年左右，降雨量又開始逐漸增加。但AD1985至今可能會呈現(xiàn)降低的趨勢。

氣候極冷期及變暖期都存在一定的時間差，這種時間上的不統(tǒng)一性可能有三個方面的原因：一是地區(qū)氣候的差異性；二是各個地質(zhì)記錄的時間分辨率和氣候敏感程度有所不同；三是分析的精確度有差異。

5 結(jié)語

微區(qū)X射線熒光原位無損分析是近年發(fā)展起來的方法，在湖泊高分辨率古氣候、古環(huán)境變化研究中起著越來越重要的作用。基于同步輻射X射線熒光原位非接觸式分析二龍灣瑪珥湖表層沉積物的化學(xué)組成，可以高分辨率地得出元素含量，采用因子分析方法能識別控制沉積物化學(xué)組成的主要因子，綜合提取與辨識多種地球化學(xué)元素所記錄的氣候與環(huán)境信息。

總體來說，小冰期期間二龍灣地區(qū)氣候波動較大，總體以寒冷干燥氣候?yàn)橹?，但不是表現(xiàn)為持續(xù)冷氣候，和文獻(xiàn)[44]結(jié)果一致，經(jīng)歷了三個相對冷波動較集中的時期，其中最冷的時期應(yīng)在AD1650?AD1730，另外兩個冷期對應(yīng)的是降水量較高時段，小冰期結(jié)束于AD1890。20世紀(jì)全球氣候變暖是個不爭的事實(shí)，進(jìn)入AD1890以來，二龍灣地區(qū)整體上呈現(xiàn)溫暖濕潤氣候，但具體表現(xiàn)為溫度迅速升高后逐漸降低、降水量逐漸增加的趨勢，直至AD1985降水量回落，溫度轉(zhuǎn)而升高。同處在龍崗火山區(qū)的小龍灣瑪珥湖花粉含量的譜分析結(jié)果表明近百年來的全球氣候變暖，目前剛好處于最近一次500年周期的暖相位上，接下來有可能進(jìn)入冷相位的趨勢，即將開始百年氣候變冷周期，有可能減緩人類活動導(dǎo)致的全球變暖[1]。

致謝 感謝高強(qiáng)、朱慶增、郭立成、陳雙雙的幫助。巖芯鉆取和大薄片制作得到了德國地球科學(xué)研究中心(Geo Forschungs Zentrum Potsdam) J?rg F W Negendank教授、Jens Mingram博士、Ute Frank博士的大力幫助，特表謝意！

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CLC TL99

Environment instruction significance and character of element geochemistry based on synchrotron radiation techniques from varved lake sediments of Erlongwan Maar Lake

YOU Haitao1SUN Chunqing2LI Quanlin3LIU Jiaqi2
1(Key Laboratory of Computational Geodynamics of Chinese Academy of Sciences, College of Earth Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
2(Key Laboratory of Cenozoic Geology and Environment, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China)
3(Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Background: High-resolutionary lacustrine sediments from Maar Lakes are very important to construct and understand the mechanism of paleoclimatic changes. Purpose: To study the tendency of climatic changes and the global warming in the 20thcentury, proxy indexes for temperature and precipitation during the Late-Holocene (from AD1282?AD1988) were obtained by high-resolutionary geochemical analysis on the varved sediments of Erlongwan Maar Lake (Northeastern China). Methods: Synchrotron radiation X-ray fluorescence spectroscopy (SRXRF) was performed on the lake sediments from Erlongwan Maar Lake and six elements including As, Br, K, Mn, Rb and Ti were obtained. Factor analysis on these elemental data was used to facilitate the interpretation of the results. Results: The three main factors, F1, F2and F3, were extracted. These three factors are related to early diagenesis, biogenesis factor and basin erosion, respectively. The F2and F3scores may also be used as climate proxy indexes for changes in temperature and precipitation, respectively. Varve chronology over past 700 years from this core gives a precise time scale for evaluating this sediment sequence, climatic and environmental changes. Conclusion: Particularly during the Little Ice Age (LIA), the climate was not homogenous but characterized by three cold spells. After AD1890, the region had generally a warm and humid climate and concomitant trends of rising temperature and falling precipitation could be observed as a reflection of global warming in the 20thcentury.

Synchrotron radiation X-ray fluorescence analysis (SRXRF), Lake sediments, Element geochemistry, Erlongwan, Environmental change records, Varve chronology

TL99

10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.020101

項(xiàng)目(No.41472320)資助

游海濤，女，1975年出生，2007年于吉林大學(xué)獲博士學(xué)位，講師，專業(yè)為第四紀(jì)地質(zhì)

2014-08-20，

2014-12-04