李 育 張成琦 周雪花 王 岳

(蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院蘭州大學(xué)干旱區(qū)水循環(huán)與水資源研究中心 蘭州 730000)

0 引言

我國(guó)夏季風(fēng)西北緣氣候受亞熱帶季風(fēng)系統(tǒng)和中緯度西風(fēng)帶的共同影響［1-2］，是響應(yīng)長(zhǎng)尺度氣候變化最為敏感的區(qū)域之一［3-7］，已成為過去全球變化研究的熱點(diǎn)地區(qū)，已有諸多工作開展。季風(fēng)變化研究對(duì)古氣候重建有重要意義，針對(duì)不同時(shí)間尺度的大量研究已取得一定成果。鹿化煜等［8］通過對(duì)洛川黃土剖面磁化率和粒度的研究，分析了2 500 ka來東亞季風(fēng)變化的周期特征;丁仲禮等［9］曾以黃土記錄為基礎(chǔ)，探討了第四紀(jì)東亞季風(fēng)變化的動(dòng)力機(jī)制;于學(xué)峰等［10］選取若爾蓋地區(qū)高分辨率泥炭記錄，重建了青藏高原東部全新世冬夏季風(fēng)演化序列;汪永進(jìn)等［11-12］通過我國(guó)季風(fēng)區(qū)多個(gè)石筍記錄的精確同位素測(cè)試結(jié)果，討論了東亞季風(fēng)千年和軌道尺度變化，認(rèn)為中國(guó)洞穴石筍高分辨率記錄對(duì)了解亞洲季風(fēng)氣候驅(qū)動(dòng)機(jī)制有巨大潛力;Chen et al.［13］通過亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)與季風(fēng)區(qū)的濕度錯(cuò)位相變化研究，提出亞洲季風(fēng)區(qū)、中亞干旱區(qū)全新世千年尺度氣候變化過程存在差異，認(rèn)為這種差異主要受控于亞洲季風(fēng)和西風(fēng)帶氣流全新世演化模式的不同，并據(jù)此提出千年尺度上全新世氣候變化的西風(fēng)模式和季風(fēng)模式;Feng et al.［14］綜合我國(guó)干旱、半干旱區(qū)近期氣候變化研究成果，分別總結(jié)了新疆地區(qū)、青藏高原北部、內(nèi)蒙古高原及黃土高原西北部全新世千年尺度氣候變化特征，認(rèn)為我國(guó)干旱、半干旱區(qū)中全新世適宜期(8～5 ka B.P.)是對(duì)氣候變化延遲響應(yīng)的結(jié)果。植被，生態(tài)和水循環(huán)變化有助于深化我們對(duì)全球氣候變影響自然過程的認(rèn)識(shí)，Li et al.［15］重建了豬野澤全新世千年尺度環(huán)境變化，同時(shí)探討了季風(fēng)邊緣區(qū)氣候變化與東亞季風(fēng)和西風(fēng)帶的關(guān)系;Liang et al.［16］結(jié)合樹輪數(shù)據(jù)與氣候、水文和歷史文獻(xiàn)資料，證實(shí)了中國(guó)北方1920s到1930s早期干旱災(zāi)害的存在，并論證了在中國(guó)干旱、半干旱地區(qū)運(yùn)用樹輪記錄識(shí)別大規(guī)模干旱事件的可能性;Ma和Fu［17］模擬得到了我國(guó)干旱、半干旱地區(qū)地表水文變量的年際變化特征;吳建國(guó)和呂佳佳［18］模擬并分析了氣候變化對(duì)我國(guó)干旱區(qū)分布范圍的影響，認(rèn)為我國(guó)荒漠化范圍將增加，干旱脅迫總體上減弱。我國(guó)夏季風(fēng)西北緣氣候變化研究雖已受到關(guān)注，東亞季風(fēng)和西風(fēng)帶對(duì)氣候變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制也引起廣泛討論［19-22］，但相比于我國(guó)東南地區(qū)［12，23-25］，該區(qū)域受亞洲季風(fēng)和西風(fēng)帶氣流共同影響，邊界條件復(fù)雜，全新世千年尺度氣候變化研究仍缺乏足夠證據(jù)。在諸多研究中，夏季風(fēng)邊界變化與氣候變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制之間關(guān)系的研究是一個(gè)重要科學(xué)問題。已有相關(guān)研究多為十年尺度上對(duì)現(xiàn)代氣象資料的分析和模擬［26-27］，缺乏全新世千年尺度的討論;Zhao et al.［2］曾綜述了30個(gè)全新世孢粉記錄的植被與氣候變化研究結(jié)論，指出我國(guó)夏季風(fēng)邊界地區(qū)千年尺度氣候變化受季風(fēng)、西風(fēng)、地形等因素共同影響，F(xiàn)eng et al.［14］在綜合大量沉積記錄的基礎(chǔ)上，探討了全新世期間夏季風(fēng)邊界地區(qū)對(duì)氣候變化響應(yīng)的規(guī)律及差異，但這些研究均未涉及夏季風(fēng)邊界界線變化的討論;張?zhí)m生［28］研究了北方季風(fēng)尾閭區(qū)全新世以來不同時(shí)期250 mm等降水線的空間變化，指出其在萬(wàn)年、千年、十年尺度下，變化幅度分別為800 km、400 km和200 km，但并未討論界線變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)方式。因此，夏季風(fēng)西北部水汽輸送邊界變化的氣候?qū)W證據(jù)仍較為缺乏，在全新世千年尺度下，研究夏季風(fēng)西北邊界的變化對(duì)干旱、半干旱區(qū)氣候變化過程的影響，對(duì)完善千年尺度季風(fēng)變化歷史，預(yù)測(cè)未來長(zhǎng)尺度氣候變化有重要意義。

我國(guó)夏季風(fēng)邊界地區(qū)存在的大量晚第四紀(jì)湖泊沉積記錄，如博斯騰湖［29］，巴里坤湖［30］，艾丁湖［31］，呼倫湖［22］，岱海［32］，豬野澤［33］，吉蘭泰鹽湖和查哈諾爾湖盆［34-35］，及周邊部分青藏高原高寒區(qū)湖泊記錄，如松西錯(cuò)［36］，色林錯(cuò)［37］，青海湖［38-40］，茶卡鹽湖［41］等，均廣泛存在鹽類礦物沉積。鹽類礦物是堿金屬、堿土金屬的鹵化物，硫酸鹽，碳酸鹽，重碳酸鹽及少量硼酸鹽、硝酸鹽等礦物的總稱［42］，不同種類鹽類礦物的含量差異，能夠揭示湖區(qū)的降水、湖水的鹽度和溫度等環(huán)境特征［43-46］，常用于氣候環(huán)境變化的研究。其中，碳酸鹽類礦物在古氣候重建中能較靈敏的記錄區(qū)域氣候環(huán)境的類型，特點(diǎn)和變化規(guī)律［47］，Rhodes et al.［48］將沉積物中碳酸鹽含量與部分礦物及有機(jī)地化指標(biāo)相結(jié)合，重建了Lake Manas晚更新世以來環(huán)境演變情況;Wei et al.［49］的研究證明了碳酸鹽中氧同位素對(duì)夏季風(fēng)的指示意義;陳敬安等［50-51］通過對(duì)洱海、程海湖泊沉積物的精細(xì)采樣研究，認(rèn)為溫度及其引起的相關(guān)變化控制了沉積物碳酸鹽含量，湖泊內(nèi)生碳酸鈣沉淀因子可視為氣候冷暖變化的良好代用指標(biāo);我國(guó)鹽湖硫酸鹽類礦物共25種［52］，其中，芒硝是干冷環(huán)境下沉積的硫酸鹽礦物，越冷越易沉積［53-54］，劉成林等［55］通過羅布泊鹽湖鈣芒硝包裹體特征，重建了更新世晚期羅布泊夏季古氣溫，此外，孫青等［56］研究了9個(gè)硫酸鹽型鹽湖表層(0～10 cm)沉積物中的長(zhǎng)鏈烯酮，發(fā)現(xiàn)咸水湖和鹽湖中長(zhǎng)鏈烯酮不飽和度與湖泊水體溫度相關(guān)性較好，可能會(huì)成為湖泊沉積物重建古溫度的重要替代指標(biāo)。我國(guó)鹽湖資源與生態(tài)環(huán)境備受關(guān)注［57］，研究其他鹽類礦物，如鉀鹽，硝酸鹽等，對(duì)完善我國(guó)鹽湖成鹽理論體系，合理開發(fā)利用和保護(hù)鹽湖資源與環(huán)境具有明顯的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，鄭大中等［58］通過研究鉀鹽礦床的物質(zhì)來源，發(fā)現(xiàn)富鉀熱液是找尋鉀鹽礦床的重要指示;鄭喜玉［59］全面總結(jié)了烏尊布拉克湖特色鹽類硝酸鉀鹽的形成環(huán)境、物質(zhì)成分和沉積特征，其對(duì)硝酸鉀鹽的形成演化機(jī)理的探討，擴(kuò)展了我國(guó)鹽湖研究的新領(lǐng)域。因此，根據(jù)湖泊沉積物中鹽類礦物種類與含量的時(shí)空變化，可推測(cè)干旱、半干旱區(qū)全新世千年尺度氣候變化特征。

豬野澤和鹽池均位于祁連山北麓，是現(xiàn)代亞洲季風(fēng)邊緣區(qū)，對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感，是研究長(zhǎng)時(shí)間尺度亞洲夏季風(fēng)影響區(qū)北部邊界變化的關(guān)鍵區(qū)域。豬野澤所在的石羊河流域位于河西走廊東段，現(xiàn)代季風(fēng)水汽輸送可以達(dá)到該流域上游位置，而據(jù)已有現(xiàn)代氣候?qū)W研究［60-62］，現(xiàn)代亞洲夏季風(fēng)的水汽輸送并不能達(dá)到位于河西走廊中段的鹽池流域。對(duì)比研究全新世千年尺度下，豬野澤和鹽池對(duì)氣候變化響應(yīng)特征的差異，對(duì)研究長(zhǎng)時(shí)間尺度亞洲夏季風(fēng)界線變化有重要意義。因此，本文選擇鹽池古湖泊鹽池剖面(YC)，豬野澤青土湖01、02剖面(QTH01、QTH02)等三個(gè)全新世剖面，進(jìn)行XRD礦物組成和年代學(xué)分析，開展全新世千年尺度下，亞洲季風(fēng)北部邊界地區(qū)湖泊沉積物鹽類礦物時(shí)空變化對(duì)比研究，同時(shí)結(jié)合鹽類礦物對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征，明確豬野澤和鹽池全新世氣候變化與亞洲季風(fēng)之間的關(guān)系，探討夏季風(fēng)西北界線變化，以期為季風(fēng)邊緣區(qū)全新世千年尺度季風(fēng)變化機(jī)制研究提供證據(jù)。

1 研究區(qū)概況

按我國(guó)自然地理區(qū)劃［63］，豬野澤和鹽池均位于我國(guó)西北內(nèi)陸干旱區(qū)(圖1)，所在流域均呈現(xiàn)南高北低地勢(shì)，自南向北可大致劃分為三個(gè)氣候區(qū):南部祁連山高寒半干旱濕潤(rùn)區(qū)(海拔5 000～2 000 m，年降水量300～600 mm，年蒸發(fā)量 700～1 200 mm)，中部走廊平原干旱區(qū)(海拔2 000～1 500 m，年降水量150～300 mm，年蒸發(fā)量1 300～2 000 mm)和北部溫暖干旱區(qū)(海拔1 500～1 300 m，年降水量小于150 mm，年蒸發(fā)量2 000～2 600 mm)［64-65］。河西走廊地區(qū)大氣降水以HCO3--Ca2+型(或 Ca2+-Mg2+型)為主，流域上游海拔大于3 500 m的地區(qū)，地下水化學(xué)成分與降水相似，礦化度小于0.3 g/L，所含離子以HCO-3，Ca2+和Mg2+為主;海拔3 500～2 000 m地區(qū)，礦化度升高至0.5～1.0 g/L，地下水水化學(xué)特征趨于復(fù)雜，HCO-3，SO24-，Ca2+和 Mg2+是其主要成分。由此可見，海拔變化導(dǎo)致了流域內(nèi)降水和蒸發(fā)的差異，使全流域地下水化學(xué)特征由南至北，呈現(xiàn)淡水帶—咸水覆蓋下的淡水—微咸水帶和咸水帶的變化特征［66-67］。

河西走廊位于祁連山北麓，是現(xiàn)代亞洲季風(fēng)影響范圍的北部邊界，該區(qū)域的古湖泊沉積記錄可以用來研究長(zhǎng)尺度季風(fēng)邊界變化問題。豬野澤位于河西走廊東段，是石羊河流域的終端湖，位于祁連山山前構(gòu)造斷陷盆地——民勤盆地，地理坐標(biāo)介于38°40＇～39°20＇N，103°10＇～104°20＇E，海拔1 200～1 400 m，處于巴丹吉林沙漠與騰格里沙漠交匯地帶。民勤盆地內(nèi)有沖積平原、湖沼平原和低山丘陵、沙漠等多種地形［68］，存在大量第四紀(jì)松散沉積物，最厚可達(dá)300m，地層中風(fēng)成，湖相和沖積相沉積物相互交錯(cuò)［69-70］。豬野澤湖盆在歷史時(shí)期曾形成統(tǒng)一大湖，但由于氣候變化和石羊河中游農(nóng)業(yè)的發(fā)展［33］，退縮成許多干小湖盆［71-72］。目前除在豬野澤湖盆東北部的白堿湖尚有少量積水外，其余湖盆全部干涸［73］。河西走廊中段的鹽池，是黑河流域馬營(yíng)河和豐樂河的終端湖，處于黑河中游沖積平原，為祁連山中段南緣的山前凹陷盆地，地理坐標(biāo)大致為 39°43＇～ 39°45＇N，99°10＇～99°22＇E。湖盆西端緊閉，東端開闊，中心海拔 1 195 m，凹地中間與邊緣部分相對(duì)高差為15～20 m，被戈壁和沙漠環(huán)繞，為酒泉—張掖盆地的最低部分。鹽池干涸前黑河上游及周邊干燥剝蝕山地和戈壁的大量碎屑物質(zhì)在其中沉積，目前鹽池已經(jīng)完全干涸，湖盆沉積了近百米厚的第四紀(jì)河湖相沉積物，這些沉積物是反映祁連山中段沉積環(huán)境和氣候變化的良好材料。但相對(duì)于古環(huán)境研究較為成熟的豬野澤［15，33，74-75］，鹽池古氣候研究相對(duì)較少。

2 材料與方法

圖1 豬野澤和鹽池經(jīng)緯度及高程示意圖(黑色實(shí)心圓顯示了QTH01、QTH02和YC剖面位置)Fig.1 Map showing latitudes，longitudes and elevations in the Zhuye Lake and Yanchi Lake(Black solid circles indicate the locations of the QTH01，QTH02 and YC sections)

本文選擇鹽池古湖泊YC剖面，豬野澤QTH01、QTH02剖面等三個(gè)全新世剖面，進(jìn)行年代學(xué)和XRD礦物分析對(duì)比研究。各剖面基本信息見表1，研究區(qū)位置、周圍地形及剖面所處位置見圖1，圖2顯示了3個(gè)剖面巖性及年代變化。

QTH01和QTH02剖面位于豬野澤湖盆中心，為探井剖面。QTH01剖面頂部0～165 cm為黃色和褐色的黏土或砂質(zhì)黏土沉積物，受人類活動(dòng)干擾較大;165～230 cm為棕色沖積相粉砂質(zhì)黏土;230～315 cm為粉砂質(zhì)泥炭層，含有植物殘?bào)w和軟體動(dòng)物殼體;315～450 cm由灰色粉砂，黏土和碳酸鹽組成，是典型的湖相沉積層位;450～495 cm為青灰色砂層，含有破損的軟體動(dòng)物殼體;495～603 cm為富含碳酸鹽的灰色粉砂湖相沉積層;603～641 cm為灰色或黃色砂層，分選較好。QTH02剖面巖性特征與QTH01相似。YC剖面頂部0～25 cm是現(xiàn)代風(fēng)成沉積;25～68 cm為灰褐色泥沼沉積物;68～133 cm為灰綠色及褐色湖泊沉積物，夾雜有少量砂層;133～415 cm主要由粉砂質(zhì)灰綠色及褐色湖泊沉積物組成，其中在257～279 cm有一砂層。

礦物種類及相對(duì)百分含量測(cè)定使用X射線衍射方法。樣品經(jīng)瑪瑙研缽研磨至100目左右，加入凹槽的檢測(cè)片上，使用載玻片不同方向刮去多余樣品，同時(shí)確保樣品表面平整且與檢測(cè)片表面水平。之后使用荷蘭帕納科公司的X’Pert Pro型粉晶X射線衍射檢測(cè)。該儀器X射線發(fā)生器最大輸出功率3 kW，陶瓷X光管最大功率2.2kW(Cu靶)，測(cè)角儀半徑為135～320 mm，發(fā)散狹縫包括固定狹縫和索拉狹縫，測(cè)定誤差±5%。其中礦物種類及相對(duì)百分含量的最終確定，通過在該儀器自帶的軟件X’Pert High Score Plus分析后得出。

表1 QTH01，QTH02，YC剖面地理位置、海拔及采樣信息Table 1 The locations，elevations and sample methods of QTH01，QTH02 and YC sections

圖2 QTH01、QTH02和YC剖面巖性和校正后的14C年代結(jié)果(cal yr B.P.)Fig.2 Lithology and the calibrated14C dates(cal yr B.P.)for the QTH01，QTH02 and YC sections

3 結(jié)果

根據(jù)QTH01，QTH02和YC剖面礦物組成分析結(jié)果，QTH01，QTH02剖面鹽類礦物類型主要由碳酸鹽礦物和硫酸鹽礦物組成，YC剖面主要由碳酸鹽礦物，硫酸鹽礦物及氯化物礦物組成。為了更好地總結(jié)QTH01，QTH02和YC剖面鹽類礦物含量變化規(guī)律，同時(shí)避免年代框架對(duì)結(jié)果的影響，結(jié)合巖性和年代數(shù)據(jù)，將各剖面劃分為A(晚冰期及早全新世，約13 000～7 400 cal yr.B.P.)、B(中全新世，約 7 400～3 000 cal yr.B.P.)和C(晚全新世及現(xiàn)代，約3 000～0 cal yr.B.P.)三個(gè)時(shí)段(各剖面A、B、C時(shí)段對(duì)應(yīng)深度見表2)，同時(shí)選擇各剖面存在最為普遍、含量最高的五種碎屑礦物:石英、鈉長(zhǎng)石、白云母、斜綠泥石和鈣長(zhǎng)石，來表征碎屑礦物平均含量變化，并分時(shí)段計(jì)算主要碎屑礦物，碳酸鹽礦物、硫酸鹽礦物和氯化物礦物含量變化及各礦物種類不同時(shí)段含量變化，最終得到QTH01，QTH02和YC剖面全新世千年尺度鹽類礦物和主要碎屑礦物含量變化結(jié)果(圖3)，及不同種類礦物A、B段平均含量變化結(jié)果(表3)。

由圖3可以看出，QTH01，QTH02和YC剖面不同鹽類礦物類型和主要碎屑礦物含量變化情況存在差異。QTH01剖面主要碎屑礦物平均含量在60%以上，最高達(dá)到97%，是礦物組成的主要成分。其含量在A時(shí)段末期和B時(shí)段(225～450 cm)有明顯低值，平均含量 29%，最高也僅為 63%;在其余層位，QTH01剖面主要碎屑礦物含量均較高，A時(shí)段高值區(qū)(450～641 cm)平均百分含量達(dá)到73.25%，但仍略低于C時(shí)段高值區(qū)(0～225 cm)的85.9%。QTH01剖面碳酸鹽類礦物含量在A時(shí)段平均含量?jī)H為16.45%，且主要集中在470～570 cm，此層位碳酸鹽平均含量達(dá)到23.1%;在主要碎屑礦物含量明顯較低的B時(shí)段(225～450 cm)，碳酸鹽類礦物在此大量富集，平均含量達(dá)到51.4%，并在401 cm處出現(xiàn)全剖面最高值81%;在C時(shí)段(0～225 cm)，碳酸鹽類礦物含量明顯減少，除在22.5 cm處出現(xiàn)較高值27%外，其余層位多在5%以下。硫酸鹽類礦物僅在QTH01剖面零星存在，全剖面平均含量?jī)H為0.8%，最高值8%出現(xiàn)在551 cm。QTH02剖面各礦物類型變化規(guī)律與QTH01剖面相似。全剖面主要碎屑礦物平均含量為52.2%，最高達(dá)93%。其含量在A時(shí)段(405～640 cm)較為穩(wěn)定，平均含量54.3%;在B時(shí)段(190～405 cm)300～400 cm和250 cm左右出現(xiàn)兩次低值，其中300～400 cm平均含量低至25.4%，而251 cm處僅為7%;C時(shí)段(0～190 cm)含量再次升高，平均含量78.5%，最高值達(dá)到93%。QTH02剖面碳酸鹽類礦物在A時(shí)段平均含量為24.5%，進(jìn)入B時(shí)段后含量突然升高，在300～400 cm平均含量高達(dá)58.8%，251 cm處為68%，為兩個(gè)明顯高值，對(duì)應(yīng)主要碎屑礦物的低值區(qū)。C時(shí)段碳酸鹽類礦物含量極低，僅在75 cm處略微升高，達(dá)到10%。而硫酸鹽類礦物同樣僅在個(gè)別層位出現(xiàn)，全剖面平均含量為0.8%，561 cm處出現(xiàn)最高值11%。YC剖面主要碎屑礦物平均含量高達(dá)83.2%，最高值97%，其含量整體變化并不明顯，只是在A時(shí)段初期330～415 cm含量略低，平均含量為72.1%，最高值為87%，此外，主要碎屑礦物在地表(約10 cm處)存在低值，7.5 cm處出現(xiàn)最低值44%。與QTH01、QTH02剖面不同的是，YC剖面碳酸鹽礦物含量相對(duì)較低，A時(shí)段平均含量?jī)H為4.78，并且在A時(shí)段初期330～355 cm最高，平均含量達(dá)到14.6%，同時(shí)在347.5 cm處出現(xiàn)全剖面最高值25%，此后逐漸降低，B時(shí)段碳酸鹽礦物平均含量降至4%，而C時(shí)段僅達(dá)到3%。硫酸鹽類礦物在YC剖面廣泛存在，只是在A時(shí)段中期125～330 cm含量較低，平均含量1.39%，在A時(shí)段早期(330～415 cm)和晚期(73～125 cm)含量相對(duì)較高，碳酸鹽類礦物平均含量分別達(dá)到10.4%和7.2%，且在337.5 cm處出現(xiàn)全剖面最高值27%。接近地表的C時(shí)段碳酸鹽類礦物含量較高，平均含量達(dá)8.2%，明顯高于B時(shí)段的4.2%。此外，YC剖面還出現(xiàn)了零星存在的氯化物礦物，并且在地表0～10 cm含量較高，7.5 cm處更是高達(dá)39%。同時(shí)，在YC剖面407.5 cm和12.5 cm處，分別存在含量達(dá)17%和10%的硼酸鹽類礦物。

由表3可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，QTH01和QTH02剖面鹽類礦物種類及其含量變化規(guī)律較為相似，但與YC剖面存在一定差異。就鹽類礦物種類而言，QTH01和QTH02剖面鹽類礦物均以方解石、文石為主的碳酸鹽占大多數(shù)，尤其是方解石，從A到B時(shí)段含量顯著升高，C時(shí)段雖重新降低，但在兩剖面B時(shí)段平均含量均達(dá)到30%以上，文石在A、B時(shí)段較為富集，C時(shí)段極少存在，白云石在三個(gè)時(shí)段含量變化不大，而鐵白云石僅在A時(shí)段少量出現(xiàn);QTH01和QTH02剖面同時(shí)有含少量硫酸鹽，石膏和黃鐵鈉礬在B、C時(shí)段較為普遍，A時(shí)段并不存在。同時(shí)QTH01剖面硫酸鹽種類較QTH02剖面略顯豐富，含有多種QTH02剖面未出現(xiàn)的礦物，其中氯鉛芒硝僅在C時(shí)段有少量存在，重鉀礬，酸性銨礬則只在A時(shí)段存在，基鐵礬含量從A到C有所下降，而QTH02剖面含有QTH01剖面不存在的白鈉鎂礬，且在A時(shí)段平均含量達(dá)到相對(duì)較高的1.2%。兩剖面均不含氯化物等其他鹽類礦物。YC剖面碳酸鹽含量相對(duì)較低，文石和鐵白云石在B時(shí)段消失，而含量相對(duì)較高的硫酸鹽礦物以石膏含量最高，在A時(shí)段達(dá)到4%，B時(shí)段有所下降，為3.2%，C時(shí)段最低，僅為1.2%。同時(shí)A時(shí)段還含有少量氯鉛芒硝和鐵鎳礬，雖然在B、C段消失，但B、C段出現(xiàn)了芒硝，無(wú)水芒硝和磷硫鐵礦等A時(shí)段不曾出現(xiàn)的硫酸鹽礦物類型，其中無(wú)水芒硝在C時(shí)段平均含量達(dá)到5.4%。YC剖面還出現(xiàn)了氯化物型礦物，雖然在A時(shí)段僅存在平均百分含量為0.41%的巖鹽，但其含量在B、C時(shí)段逐步升高，分別達(dá)到2%和4.8%，同時(shí)C時(shí)段還出現(xiàn)了平均含量達(dá)5.4%的冰晶石和少量鈉柱石。由此可見，三剖面碳酸鹽類礦物均以方解石為主，同時(shí)含有文石，白云石和鐵白云石;QTH01和QTH02剖面硫酸鹽類礦物僅零星存在，而YC剖面硫酸鹽類礦物，尤其是石膏，含量較高，并出現(xiàn)了氯化物型礦物。

表2 QTH01，QTH02，YC剖面A、B、C時(shí)段對(duì)應(yīng)深度Table 2 The corresponding depth of time periods A，B and C in the QTH01，QTH02 and YC sections

4 討論

通過對(duì)三個(gè)剖面鹽類礦物種類及含量變化進(jìn)行對(duì)比研究，我們發(fā)現(xiàn)，位于河西走廊東段豬野澤的QTH01、QTH02剖面鹽類礦物種類與含量變化規(guī)律，與位于河西走廊中段鹽池古湖泊YC剖面存在明顯差異。QTH01、QTH02剖面鹽類礦物均以方解石、文石為主的碳酸鹽為主，硫酸鹽類礦物僅零星出現(xiàn)，而YC剖面硫酸鹽類礦物含量相對(duì)較高，同時(shí)出現(xiàn)了氯化物型礦物。鹽類礦物的沉淀需要長(zhǎng)期干旱的氣候、鹽水補(bǔ)給、可控制鹽水濃度的封閉環(huán)境及適宜鹽巖保存等特定自然地理與地質(zhì)環(huán)境和氣候條件［79］。因此，豬野澤和鹽池湖泊沉積物中鹽類礦物種類與含量的時(shí)空變化，指示了湖泊演化對(duì)氣候變化的響應(yīng)過程，使其成為古氣候古環(huán)境信息的良好載體。

圖3 QTH01、QTH02和YC剖面主要碎屑礦物和不同類型鹽類礦物百分含量變化Fig.3 The values of main detrital minerals and different types of saline minerals in the QTH01，QTH02and YC sections

礦物本身溶解度或標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)決定了礦物沉淀的難易程度，而碳酸鹽溶解度一般小于硫酸鹽，可優(yōu)先沉淀，故碳酸鹽的富集代表了相對(duì)濕潤(rùn)的環(huán)境［80］。豬野澤QTH01、QTH02剖面碳酸鹽礦物在 A時(shí)段普遍存在，同時(shí)伴隨著碎屑礦物的大量沉積(圖3)，說明在全新世早期，石羊河流域受夏季風(fēng)影響，上游降水較多，終端湖豬野澤擴(kuò)張，徑流攜帶了流域沿途沉積物在終端湖沉積，使湖水離子濃度升高，碳酸鹽類礦物易于沉淀;B時(shí)段，夏季風(fēng)減弱，氣候較早全新世更為干旱，湖泊開始退縮，湖水中各離子濃度進(jìn)一步升高，碳酸鹽類礦物含量達(dá)到全新世峰值。而在湖水離子濃度升高，碳酸鹽類礦物大量析出沉淀的同時(shí)，入湖徑流和降水對(duì)豬野澤的淡水補(bǔ)給并未明顯減弱，所以除零星出現(xiàn)的硫酸鹽類礦物外，QTH01、QTH02剖面未見其他鹽類礦物;而在晚全新世(C時(shí)段)，氣候極端干旱，流域降水減少，入湖徑流顯著減弱，沉積物以風(fēng)成沉積為主，湖泊急劇退縮甚至干涸，碳酸鹽類礦物含量迅速降低。此時(shí)沉積的碎屑礦物，應(yīng)當(dāng)是豬野澤周邊巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠表層沉積物在風(fēng)力搬運(yùn)下就近沉積的結(jié)果［81-82］。YC剖面碳酸鹽含量相對(duì)較低，除在A時(shí)段初期含量略高外，其余層位含量絕大多數(shù)在5%以下，而 QTH01、QTH02剖面零星存在的硫酸鹽類礦物，卻廣泛存在，說明在全新世期間，鹽池氣候整體上較豬野澤更為干旱。在YC剖面底部，A時(shí)段初期，以方解石、白云石為主的碳酸鹽類礦物和以石膏為主的硫酸鹽類礦物均較好沉積，代表了晚冰期初期的相對(duì)干旱氣候;晚冰期至早全新世，夏季風(fēng)逐漸增強(qiáng)，湖泊擴(kuò)張，湖水離子濃度下降，硫酸鹽類礦物含量急劇降低;A時(shí)段晚期，即早、中全新世過渡期，湖泊開始退縮，硫酸鹽類礦物含量重新升高;進(jìn)入中全新世(B時(shí)段)，湖泊退縮明顯，沉積物類型由原來的湖相沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)粒泥沼相沉積物，但硫酸鹽類礦物含量卻有所下降。這是因?yàn)楹x子濃度進(jìn)一步升高，離子間的相互作用增強(qiáng)，會(huì)降低其有效濃度(即“鹽效應(yīng)”)，減少了離子間相互碰撞的機(jī)會(huì)［83］，不利于石膏，無(wú)水芒硝等硫酸鹽類礦物的形成。進(jìn)入晚全新世，湖泊發(fā)育停滯，沉積物以現(xiàn)代風(fēng)成沉積為主。YC剖面表層硫酸鹽含量出現(xiàn)高值，同時(shí)出現(xiàn)了最高含量達(dá)39%的氯化物礦物。鹵水系統(tǒng)中，硫酸鹽類礦物石膏沉淀的鹵水濃度是海水的5倍，而氯化物礦物巖鹽沉淀時(shí)的鹵水濃度更是達(dá)到海水的11～15倍［84］，這樣的鹽類礦物組合指示了極端干旱的環(huán)境。

晚冰期以來，伴隨著北半球大陸冰蓋的迅速消退，格陵蘭冰芯和Cariaco盆地的鉆孔記錄均指示了北大西洋地區(qū)溫度升高的氣候特征［85-86］。亞洲夏季風(fēng)的強(qiáng)弱與北半球強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射密切相關(guān)，受低緯度軌道尺度太陽(yáng)輻射變化和赤道復(fù)合帶位置變化的綜合作用［87］，夏季日輻射在10 ka左右達(dá)到最大值［88］，使亞洲夏季風(fēng)迅速推進(jìn)，季風(fēng)區(qū)邊界向西北擴(kuò)張。同時(shí)，晚冰期以來的石筍記錄，季風(fēng)區(qū)湖泊記錄和青藏高原區(qū)湖泊記錄證明［89-96］，夏季風(fēng)在晚冰期開始增強(qiáng)，在早、中全新世期間依然強(qiáng)盛。中全新世之后，夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)度減弱，季風(fēng)區(qū)邊界向東南遷移［97］。而氣候特征受西風(fēng)帶控制的區(qū)域，在進(jìn)入全新世后，雖然西風(fēng)環(huán)流被強(qiáng)烈的太陽(yáng)日輻射增強(qiáng)，但由于高緯度地區(qū)仍然被冰蓋覆蓋，中緯度地區(qū)溫度較低，大量冰蓋融水注入北大西洋，溫鹽環(huán)流減弱［98-100］，低SST抑制海面蒸發(fā)，本區(qū)干旱氣候在早全新世并未改變，高海拔冰蓋對(duì)太陽(yáng)輻射響應(yīng)的滯后效應(yīng)是造成早全新世相對(duì)干旱的主要原因［88］;隨著高緯度地區(qū)冰蓋消融、溫度上升，北大西洋SST升高和區(qū)域氣旋活動(dòng)加強(qiáng)，這一區(qū)域中全新世有效濕度達(dá)到最大值［13］。據(jù)此，Chen et al.［13］根據(jù)亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)與季風(fēng)區(qū)的濕度錯(cuò)位相變化，提出了千年尺度上全新世氣候變化的西風(fēng)模式和季風(fēng)模式，已被全新世氣候模擬和現(xiàn)代氣候?qū)W研究所證實(shí)［101-102］，西風(fēng)帶控制的干旱區(qū)與季風(fēng)邊緣區(qū)末次冰期以來湖泊沉積記錄的氣候變化過程也顯示出類似差異［103-104］。

豬野澤位于現(xiàn)代亞洲季風(fēng)界限西北邊緣區(qū)，QTH01、QTH02剖面鹽類礦物含量變化指示的氣候變化特征呈現(xiàn)明顯的季風(fēng)區(qū)特征，其中早全新世季風(fēng)影響最為強(qiáng)烈，中、晚全新世逐步減弱。鹽池地理位置處于豬野澤西北方向，YC剖面末次冰期和早全新世期間鹽類礦物含量變化指示的氣候特征同樣具有季風(fēng)區(qū)特征，呈現(xiàn)較為濕潤(rùn)的特點(diǎn);但以石膏為主的硫酸鹽類礦物在這一時(shí)期較好的沉淀情況，說明其受夏季風(fēng)影響并不明顯，夏季風(fēng)強(qiáng)度較豬野澤明顯減弱。而中、晚全新世YC剖面表現(xiàn)出湖泊強(qiáng)烈退縮，氣候極端干旱的特征，說明隨著夏季風(fēng)的減弱，季風(fēng)邊界已不能延伸至此處;由于YC剖面同樣位于西風(fēng)帶影響的東南邊緣，西風(fēng)對(duì)其氣候變化過程影響較弱，攜帶的水汽很難到達(dá)，使得鹽池地區(qū)這一時(shí)段氣候特征與中亞干旱區(qū)湖泊全新世演化過程差異明顯。因此，鹽池流域晚冰期及早全新世氣候變化特征受夏季風(fēng)影響，說明季風(fēng)邊界在這一時(shí)期曾北擴(kuò)至此，此后隨著夏季風(fēng)的減弱，西北部水汽輸送邊界在中、晚全新世退出鹽池流域;而地理位置更偏東南的豬野澤，在整個(gè)全新世均受到夏季風(fēng)水汽輸送的影響，說明在全新世千年尺度，夏季風(fēng)西北邊界在鹽池流域和石羊河流域之間存在變化，產(chǎn)生了南北向移動(dòng)。

5 結(jié)論

通過對(duì)亞洲季風(fēng)西北邊界地區(qū)不同位置的三個(gè)剖面進(jìn)行鹽類礦物時(shí)空變化對(duì)比研究，我們發(fā)現(xiàn)，QTH01、QTH02剖面鹽類礦物以方解石、文石為主的碳酸鹽為主，硫酸鹽類礦物僅零星出現(xiàn)，而YC剖面硫酸鹽類礦物含量相對(duì)較高，同時(shí)出現(xiàn)了氯化物型礦物，說明其全新世氣候特征整體較豬野澤更為干旱。末次冰期和早全新，三個(gè)剖面受季風(fēng)輸送水汽影響明顯，碳酸鹽類礦物能較好沉積，季風(fēng)邊界在這一時(shí)期向北擴(kuò)張，推進(jìn)到祁連山中段地區(qū);中全新世QTH01、QTH02剖面受夏季風(fēng)影響減弱，湖泊退縮，碳酸鹽類礦物含量達(dá)到峰值，YC剖面則表現(xiàn)出極端干旱的氣候特征，硫酸鹽類礦物因“鹽效應(yīng)”含量下降，此時(shí)夏季風(fēng)西北部水汽輸送邊界位于石羊河流域和鹽池流域之間;晚全新世鹽池和豬野澤均以風(fēng)成沉積為主，氣候干旱，碳酸鹽類礦物難以保存，硫酸鹽和氯化物礦物含量出現(xiàn)高值，說明夏季風(fēng)西北邊界進(jìn)一步向南遷移。本項(xiàng)研究證明，在全新世千年尺度下，夏季風(fēng)西北邊界在鹽池流域和石羊河流域之間存在變化，這一事實(shí)對(duì)明確夏季風(fēng)西北緣千年尺度季風(fēng)變化機(jī)制，預(yù)測(cè)未來長(zhǎng)尺度氣候變化有重要意義。

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