我國東北季風區(qū)第四紀氣候演化研究進展*

詹 濤，周 鑫，張 俊，李 峨，張海燕，馬永法

(1．黑龍江省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院;2．中國科學技術(shù)大學)

0 引言

第四紀是人類出現(xiàn)、演化的關(guān)鍵時期，并伴隨著一系列重要的全球性氣候事件，包括構(gòu)造尺度的北極冰蓋擴張全球變冷［1-2］、軌道尺度的中更新世轉(zhuǎn)型［3］、以及千百年尺度的B～A暖期、YD 事件、8．2ka事件、4．2ka事件、中世紀暖期和小冰期［4］等氣候突變事件，因而受到古氣候?qū)W家的廣泛關(guān)注．

東亞季風系統(tǒng)是全球氣候系統(tǒng)的一個重要組成部分．以黃土記錄［5-7］、海洋沉積記錄［8］和古湖相沉積記錄［9］對我國整個第四紀長尺度古季風氣候、以石筍［10-12］、湖泊［13］和泥炭［14］等高分辨率記錄對晚第四紀古季風氣候已經(jīng)開展大量研究，并取得豐碩成果．

我國東北季風區(qū)是全球緯度最高的季風區(qū)，受北極冰蓋等高緯因素影響顯著，是研究東亞季風系統(tǒng)對高低緯相互作用響應的理想地區(qū)．近年來，針對該區(qū)第四紀古氣候變化的研究也相繼開展．分析了近年來對我國東北季風區(qū)開展的第四紀研究工作，并重點對末次冰消期以來氣候演化研究進行總結(jié)評價，最后針對研究現(xiàn)狀提出今后東北季風區(qū)應加強的幾項研究工作．

1 研究現(xiàn)狀

我國東北季風區(qū)主要包括黑龍江、吉林、遼寧省和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部地區(qū)，地質(zhì)記錄主要分布于松遼平原和三江平原．

1．1 早第四紀

東北季風區(qū)早第四紀研究相對薄弱，主要為裘善文等針對松遼平原的鉆孔開展的研究工作［15-16］．裘善文等對乾安令字井鉆孔(0～112．5 m)［16］和大慶 7901 孔(0 ～ 140 m)［15］進行磁性地層、同位素年齡、孢粉和沉積相等研究，并對大安CAD01孔(0～70 m)［16］進行粒度分析、孢粉分析、古生物化石鑒定和古地磁年齡測試，結(jié)合乾安水字井［17］磁性地層研究，認為早更新世早期，松遼平原部分地區(qū)遭受流水的剝蝕，部分低平地區(qū)接受灰白色松散砂礫石層的薄層沉積，至更新世中、晚期和中更新世松嫩平原中心緩慢下沉，形成廣大的湖盆，包括東、西遼河也流入湖盆，但在湖盆的東北方有一出口，即松花江從湖盆的東北流經(jīng)依蘭三姓、佳木斯流向三江平原［17］．

以上研究僅將松遼平原對第四紀以來的氣候變化和構(gòu)造運動的響應，進行構(gòu)造尺度的劃分，由于地層記錄的定年及分辨率等問題，軌道和亞軌道尺度的變化并未探討．

1．2 晚第四紀(末次冰盛期以來)

目前，東北地區(qū)的晚第四紀氣候地質(zhì)記錄主要來自吉林龍崗火山群的二龍灣瑪珥湖［18-24］、四海龍灣瑪珥湖［25-33］和小龍灣瑪珥湖［34-38］;內(nèi)蒙古東部阿爾山的火山口湖月亮湖［39-40］;黑龍江省的五大連池［41］、鏡泊湖［42］和興凱湖［43-45］，以及小興安嶺和長白山等地的泥炭沉積物［46-50］．

末次冰消期是指末次冰盛期向全新世過渡的一個時期，在此期間氣溫快速回升，大陸冰川迅速消融，海平面快速上升，但溫度回升過程并不穩(wěn)定，呈波動式變化．歐洲湖泊沉積物的孢粉記錄結(jié)果將這一時期氣候變化分為三次相對冷期:老仙女木期(Oldest Dryas)、中仙女木期(Older Dryas)、新仙女木期(Younger Dryas)，二次相對暖期:博令暖期(B?lling interstadial)、阿勒羅德暖期(Aller?d interstadial)．全新世指約一萬年以來氣候相對暖濕的時期．

Parplies等［31］依據(jù)四海龍灣沉積物的地球化學(TOC，TN，C/N比)和同位素記錄(δ13Corg、15N)，將該區(qū)末次冰消期劃分四個時期:14200 BP以前為冷干期;14200～12450 BP為溫暖的適宜期;12450～11600 BP為更加冷干的時期;11600 BP以來為氣候轉(zhuǎn)暖期．Stebich等［32］依據(jù)四海龍灣沉積物的孢粉記錄恢復該區(qū)的古植被演化，發(fā)現(xiàn)反演的氣候變化與我國南方石筍記錄以及冰芯記錄的北大西洋氣候很好對比，從而推斷東亞季風區(qū)和北半球高緯氣候通過大氣候環(huán)流具有相關(guān)性．Schettler等［29］發(fā)展了生物硅沉積速率指標(F-bSiO2)反應降水的變化，結(jié)合地球化學、孢粉等氣候指標，從而恢復15000～2000 BP東亞夏季風演化．

洪冰等［50］把哈尼泥炭纖維素碳同位素作為降水的替代指標，并結(jié)合四海龍灣瑪珥湖孢粉記錄［29］，提出在新仙女木時期我國東北降水增多東亞夏季風增強，與印度夏季風呈相反的演化模式，而這卻引發(fā)廣泛的爭論［51-53］．洪業(yè)湯等［46］把哈尼泥炭炭纖維氧同位素作為溫度的替代指標，發(fā)現(xiàn)反應的溫度異常事件與北大西洋溫度和浮冰事件有很好的對應性，同時結(jié)合降水替代指標［47］論述了東亞夏季風、印度夏季風系統(tǒng)與北半球高緯驅(qū)動因素、太陽活動等的可能動力聯(lián)系．

1．3 ～2000 BP以來

～2000 BP以來包括中世紀暖期(MWP)和小冰期(LIA)等世紀尺度的氣候事件，由于此時段地質(zhì)記錄較多而受到學術(shù)界普遍關(guān)注．

Mingram等［18］依據(jù)四海龍灣沉積物孢粉記錄恢復了過去900年以來植被演化，并指出在“小冰期”時段，該區(qū)并沒有像歐洲一樣氣候環(huán)境惡化．儲國強等［34］依據(jù)小龍灣的有機碳同位素恢復該區(qū)1600年以來降水變化，并識別出5個干旱時期，與太陽活動顯著相關(guān)，認為太陽活動可能是控制該區(qū)短尺度降水的主要因素;同年，又對四海龍灣和小龍灣1400年以來碎屑物含量和粒度進行分析，發(fā)現(xiàn)其能夠反應歷史塵暴的變化，并與青藏高原冰芯和歷史記錄很好的對比，中世紀暖期時段塵暴事件頻發(fā)［35］．孫青等［36］對小龍灣長鏈烯酮碳同位素進行研究，發(fā)現(xiàn)其為該區(qū)有效降水的良好替代指標，并且高值對應PDO(Pacific Decadal Oscillation)暖期，而低值對應冷期，表明世紀尺度東北季風區(qū)近千年的夏季風降水可能受 PDO調(diào)控．近期，儲國強等［38］對小龍灣微量元素含量進行測量，并對其進行主成分分析，發(fā)現(xiàn)生物成因溴元素能夠反應區(qū)域降水變化，并與韓國干旱指標變化很好對應，譜分析表明該區(qū)1300年以來降水的變化可能與厄爾尼諾-南方濤動和太陽活動有關(guān)．

李杰等［24］根據(jù)二龍灣孢粉和炭屑記錄恢復該區(qū)～1000年以來的植被演化和火的行為，發(fā)現(xiàn)中世紀暖期時段，孢粉含量和炭屑含量高，這可能表明高的生物量和冰雪覆蓋少促使火的頻發(fā)有關(guān)，小冰期時段情況則相反．旺羅等［22］對二龍灣1000年來藻類組合進行研究，浮游藻類含量峰值反應AD1150～1200時段為過去1000年最暖時期，浮游藻類含量降低反應AD1400～1800期間無冰季節(jié)縮短、溫躍層變?nèi)酰赡転槔淦?，并指出中世紀暖期和21世紀季節(jié)模式有很大差別．

2 未來研究建議

(1)加強東北季風區(qū)早第四紀沉積地層鉆探研究

古湖相沉積、黃土沉積等地質(zhì)記錄是研究早第四紀軌道、亞軌道氣候演化的理想載體之一［5-7，8］．過去的研究認為早第四紀該區(qū)松嫩平原和三江平原曾經(jīng)為古大湖存在［17］，為此未來選擇合適地區(qū)進行第四紀沉積物鉆探研究，為開展東北季風區(qū)軌道尺度第四紀古氣候演化提供必要材料．

(2)加強東北季風區(qū)晚第四紀高分辨率湖泊沉積記錄對比研究

前述依據(jù)東北季風區(qū)湖泊、泥炭等記錄，對該區(qū)末次盛冰期以來氣候演化進行了大量研究，并取得一系列成果，然而，精確年代高分辨率的記錄主要集中在吉林龍崗火山群，更大范圍的高分辨率、精確定年的沉積記錄應加強研究．同時，已有記錄間缺乏對比，不同指標和記錄之間存在不一致［50-53］．應加強準確定年、高分辨率地質(zhì)記錄之間的對比研究，更為準確恢復該區(qū)氣候演化特征，為探討該區(qū)氣候演化機制提供準確的數(shù)據(jù)支持．

(3)加強東北季風區(qū)記錄與我國其他季風區(qū)記錄對比研究

毛雪等［4］選取我國不同地區(qū)高分辨率地質(zhì)記錄，探討了末次冰消期的時空演化特征，發(fā)現(xiàn)Younger Drys等主要氣候事件在北方高緯度地區(qū)比南方低緯度地區(qū)、東部低海拔地區(qū)比西部高海拔地區(qū)表現(xiàn)更強烈，推測末次冰消期北半球千年尺度氣候變化信號來自高緯度顯著溫度波動．冉敏等［57］綜合我國全新世濕度變化指標，指出中國南部季風區(qū)受太陽輻射影響首先開始進入適宜期，而且北部適宜期持續(xù)時間較南方短，這表明東亞夏季風強度從早全新世逐漸向北傳遞，然后在晚全新世逐漸由北向南撤退．

可見，我國不同季風區(qū)末次冰盛期以來氣候變化存在差異，東北季風區(qū)具有緯度高特點，受高緯因素控制明顯，為此需開展該區(qū)與其他地區(qū)氣候指標的對比研究，從而為更好理解高低緯因素對我國季風系統(tǒng)的影響機理提供必要參照．

(4)加強晚第四紀以來東北季風區(qū)氣候演變的機制研究

氣候變化機制的理解是人類應對氣候災害變化并采取應對方案的科學理論依據(jù)．然而，針對我國東北季風區(qū)氣候演化機制的研究還相對較少，尤其針對我國東北季風區(qū)氣候演化模型的工作還未開展．

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