西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系 荊雪媛

一、引言

地球歷史，在66Ma前翻開了全新的一頁，且進(jìn)入了最年輕的新生代時(shí)期。而相比于中生代晚期穩(wěn)定溫暖的氣候，新生代的氣候則呈現(xiàn)出整體波動式變冷且各類氣候事件頻發(fā)的特征。Westerhold et al( 2020)利用綜合海洋鉆探計(jì)劃(IODP)和海洋鉆探計(jì)劃(ODP)獲取巖芯的碳氧同位素記錄重建了新生代以來高分辨率的全球氣候變化曲線。這一曲線清晰的反映了新生代時(shí)期氣候波動式變冷的過程。南北兩極冰蓋的形成、大氣中二氧化碳濃度的下降、大洋環(huán)流模式的轉(zhuǎn)變、板塊構(gòu)造運(yùn)動，以及地球運(yùn)行軌道的周期性變動等被認(rèn)為與新生代時(shí)氣候環(huán)境的巨變息息相關(guān)(Westerhold et al.，2020；Zachos et al.，2001)。

二、晚新生代亞洲內(nèi)陸氣候的主要變化

新近紀(jì)以來，伴隨著一連串的重要轉(zhuǎn)型。全球氣候經(jīng)歷了由“溫室”逐漸轉(zhuǎn)化為“冰室”的過程(Miller et al.，1991)。兩極冰蓋進(jìn)一步發(fā)育引起的全球變冷強(qiáng)化了從極地到赤道的緯向溫度變化(Miller，1987)，熱力促發(fā)的氣壓梯度助長了海陸間大尺度的季風(fēng)性大氣環(huán)流，并壓制了局部Hadley和Walker環(huán)流(Fedorov et al.，2015)。在亞洲大陸上，主導(dǎo)氣流逐漸由行星風(fēng)系主控階段過渡轉(zhuǎn)換到季風(fēng)風(fēng)系主控階段(Holbourn et al.2018)，而青藏高原抬升導(dǎo)致的氣壓梯度力顯著性增大，且進(jìn)一步加強(qiáng)了大尺度海陸能量交換的亞洲古季風(fēng)(Boos et al.，2010；Kutzbach et al.，1989；Ruddiman et al.，1989；Ruddiman and Kutzbach，1989；張林源，1981，1995)。因此，亞洲季風(fēng)的演變，是晚新生代以來全球氣候變化的重要響應(yīng)。它打破了西風(fēng)帶長期影響下形成的呈現(xiàn)緯向帶狀分布的干旱化格局，干旱帶的分布由古近紀(jì)呈現(xiàn)東西帶狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)樾陆o(jì)，主要只在我國西北部內(nèi)陸地區(qū)成片分布的格局，大致與現(xiàn)如今的分布格局類似。中亞內(nèi)陸受干旱帶的影響，開始發(fā)育了塔克拉瑪干和阿拉伯沙漠，而同時(shí)期的非洲大陸撒哈拉沙漠也開始發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致粉塵活動加?。℉usur et al.，2001；Jickells et al.，2005；Zhang et al.，2003）。冬季時(shí)節(jié)，西風(fēng)帶受青藏高原的阻擋而發(fā)生分流，北支分流繞過青藏高原和東亞冬季風(fēng)結(jié)合而強(qiáng)化西北風(fēng)。長期以來，干冷而強(qiáng)大地西北風(fēng)將大量的粉塵物質(zhì)搬運(yùn)到我國中東部地區(qū)堆積后，受到溫暖夏季風(fēng)帶來豐富降水的不同程度洗禮（成壤化）后，遂漸形成現(xiàn)今黃土高原的風(fēng)成黃土-紅粘土沉積序列。沉積物是在特定沉積環(huán)境下形成的，是沉積環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)，且毫無疑問，對沉積物的研究可以反演沉積物形成時(shí)期的沉積環(huán)境。因此，以風(fēng)成為主的黃土和紅粘土堆積物中，便包含著豐富的可用來反演中新世至今亞洲干旱氣候演化和環(huán)境變化的信息(Ding et al.，1998；Ding et al.，1999；Guo et al.，2002；Liu et al.，1985)。

三、黃土高原風(fēng)成沉積序列的研究現(xiàn)狀

前輩分別從古氣候?qū)W、沉積學(xué)、地層學(xué)、年代學(xué)、巖石地球化學(xué)、土壤學(xué)及生態(tài)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，對紅粘土進(jìn)行了細(xì)致的研究，尤其是通過磁性地層學(xué)(Evans et al.，1991； Ding et al.，1998，1999)和旋回地層學(xué)(Anwar et al.，2015； Zhang et al.，2021)為其建立了精確的年代標(biāo)尺，再結(jié)合巖石磁學(xué)和環(huán)境磁學(xué)研究成果。由此展開了對亞洲季風(fēng)演化過程和亞洲內(nèi)陸干旱化與青藏高原抬升、北極冰蓋擴(kuò)張、行星軌道運(yùn)動周期等和全球乃至太陽系天文指標(biāo)變化相互聯(lián)系的深入探討，且取得了豐富的研究成果。然而，與研究更深入的第四紀(jì)黃土沉積相比，對于紅粘土演化過程的詳細(xì)探討及其動力學(xué)記錄的多樣性和復(fù)雜性研究仍然缺乏，而研究風(fēng)成沉積序列的沉積動力是恢復(fù)形成期的古風(fēng)向，從而對進(jìn)一步確定其形成原因、物質(zhì)來源、深入解讀長時(shí)間尺度古環(huán)境古氣候變化規(guī)律和機(jī)制信息具有重要理論意義。從現(xiàn)實(shí)意義上分析，亞洲季風(fēng)是全球氣候系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分，其影響著世界上大約一半人口的社會和經(jīng)濟(jì)活動。而作為主要組成部分的東亞古季風(fēng)變遷是控制東亞環(huán)境演化的主要和直接驅(qū)動力。重建古風(fēng)向，清楚東亞季風(fēng)發(fā)生和發(fā)展規(guī)律為解釋現(xiàn)如今東亞季風(fēng)的狀態(tài)和預(yù)測未來發(fā)展趨勢提供了科學(xué)支撐。因此，本文引入了新的研究手段，選取了位于黃土高原中部的旬邑上墻紅粘土剖面作為研究對象，通過以磁化率各向異性研究為主，輔之以巖石磁學(xué)研究結(jié)果。在前人建立的高分辨率年代學(xué)、古環(huán)境學(xué)和古氣候?qū)W研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步綜合性的對紅粘土形成時(shí)期的古風(fēng)向進(jìn)行重建。并試圖對古環(huán)境做進(jìn)一步的探索，從而完善晚中新世以來大氣環(huán)流演化模式及古氣候信息。

四、結(jié)論與建議

由于黃土-古土壤沉積序列的沉積動力及物源研究，已經(jīng)很成熟并有豐富的研究成果(Burhand et al.，1985； Heller et al.，1982； Heslop et al.，2000；安芷生等，1989； 劉東生，1988；鹿化煜等，1997；岳樂平等，1989)，但有關(guān)紅粘土的沉積動力及物源研究較少，尤其是利用磁組構(gòu)手段研究紅粘土的沉積動力方面。如果紅粘土沉積期搬運(yùn)粉塵的氣流類型及其變化能夠完全探究清楚，就可以恢復(fù)亞洲內(nèi)陸晚新生代行星風(fēng)系向季風(fēng)風(fēng)系過渡轉(zhuǎn)變的復(fù)雜過程。