MIS-3晚期以來烏倫古湖古湖相沉積記錄的初步研究*

蔣慶豐，錢 鵬，周 侗，洪 佳，范 華，劉靜峰

（1：南通大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南通226007）

（2：南通大學(xué)地理與工程技術(shù)研究所，南通226007）

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MIS-3晚期以來烏倫古湖古湖相沉積記錄的初步研究*

蔣慶豐1，2，錢 鵬1，2，周 侗1，2，洪 佳1，范 華1，劉靜峰1

（1：南通大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南通226007）

（2：南通大學(xué)地理與工程技術(shù)研究所，南通226007）

通過對現(xiàn)代烏倫古湖附近出露的古湖相沉積剖面的AMS14C測年，粒度、總有機(jī)碳、總有機(jī)氮以及碳酸鹽等環(huán)境代用指標(biāo)的分析及其與全新世鉆孔沉積記錄的對比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：烏倫古湖在MIS-3晚期的33600-22500 cal a BP以及冰后期至早中全新世的16500-6500 cal a BP期間，維持著湖相沉積環(huán)境，湖面約比現(xiàn)在湖面高40 m.33600-22500 cal a BP的MIS-3晚期，氣候相對溫暖，烏倫古湖呈現(xiàn)高湖面特征，湖泊沉積物來源以流水搬運(yùn)為主；22500-16500 cal a BP的末次冰期冰盛期，氣候寒冷干燥，湖泊沉積物來源以風(fēng)力搬運(yùn)為主；16500-6500 cal a BP的冰后期以及早、中全新世期間，氣候回暖，湖泊沉積物主要來源于河流徑流作用.6500-5500 cal a BP，受高溫干旱事件的影響，湖面收縮、水位劇降，除沉積中心外的其它鉆孔位置出現(xiàn)沉積中斷.5500 cal a BP后氣候轉(zhuǎn)冷變濕，湖泊重新恢復(fù)到現(xiàn)在的狀態(tài).烏倫古湖MIS-3晚期以來的古湖相沉積環(huán)境變化及其反映的古氣候萬年尺度上的干濕變化與周邊區(qū)域氣候環(huán)境變化記錄有很好的一致性，響應(yīng)了區(qū)域環(huán)境變化和全球氣候突變事件.季風(fēng)和西風(fēng)的強(qiáng)度消長變化及其引起的環(huán)流條件改變以及溫度變化引起的蒸發(fā)效應(yīng)可能是區(qū)域氣候環(huán)境變化的主要原因.這一古湖相沉積記錄的研究可為MIS-3晚期以來北疆地區(qū)的古湖泊演化以及長時(shí)間尺度上西風(fēng)和季風(fēng)環(huán)流相互關(guān)系及其影響區(qū)的氣候環(huán)境演化提供地質(zhì)證據(jù).

烏倫古湖；古湖相沉積；MIS-3晚期；干旱事件；古氣候；西風(fēng)

?2016 by Journal of Lake Sciences

MIS-3階段是末次冰期中氣候相對溫濕的特殊時(shí)期，其晚期的“高溫大降水事件”［1-2］在中國不同區(qū)域不同沉積物中都留下了證據(jù)［3］.這一時(shí)期，西北干旱區(qū)多地湖泊出現(xiàn)了高湖面、古大湖特征［4-6］.囿于沉積記錄的不連續(xù)，先前研究缺乏對MIS-3晚期至全新世階段的古湖泊演化的探討；而基于現(xiàn)代湖泊沉積中心的記錄研究因可靠測年材料的難以獲取，往往僅限于早-中全新世以來的時(shí)段.究竟MIS-3晚期至全新世之間西北干旱區(qū)古湖泊是如何演化和消亡的、什么時(shí)間消亡、消亡的原因等問題尚不清楚.

烏倫古湖位于新疆北部準(zhǔn)噶爾盆地北緣，現(xiàn)代湖面海拔478.6 m，面積927.0 km2［7］.其湖盆形成于第四紀(jì)早期［8-9］，受構(gòu)造活動、氣候變化和額爾齊斯河匯水的影響，在第四紀(jì)中晚期曾出現(xiàn)了比現(xiàn)在湖泊面積大2～3倍的古大湖［9］.早期古湖相沉積研究主要依據(jù)湖泊及其入湖河流烏倫古河發(fā)育的高、中、低級階地而劃分，缺少準(zhǔn)確的年代界定.烏倫古湖地區(qū)目前的氣候主要受西風(fēng)影響，顯著不同于季風(fēng)區(qū).區(qū)域全新世氣候環(huán)境演化特別是濕度演化上存在與季風(fēng)區(qū)千年尺度上的“同步”以及“反相位”等模式的爭論［10-13］.烏倫古湖古湖相沉積存續(xù)期間的湖泊環(huán)境如何演化？區(qū)域氣候如何變化？在長時(shí)間尺度上西風(fēng)區(qū)氣候環(huán)境演變是否與季風(fēng)區(qū)一致？

上述問題的回答，需要對烏倫古湖古湖相沉積記錄進(jìn)行年代學(xué)測定和古氣候環(huán)境代用指標(biāo)分析.本文依據(jù)烏倫古湖古湖相沉積剖面的AMS14C測年結(jié)果以及粒度，有機(jī)碳、氮含量以及碳酸鹽含量等代用指標(biāo)的分析，探討MIS-3晚期以來的古湖相沉積環(huán)境變化及其反映的區(qū)域氣候變化，可為北疆地區(qū)MIS-3晚期以來的古湖泊演化、長時(shí)間尺度上西風(fēng)區(qū)氣候環(huán)境演化以及西風(fēng)和季風(fēng)環(huán)流的相互關(guān)系提供參考.

1　材料與方法

烏倫古湖古湖相沉積剖面WLGP（47.086°N，87.477°E，海拔高程520 m）位于距離烏倫古湖和吉力湖湖區(qū)約10 km的福?？h城南（圖1），為當(dāng)?shù)卮u窯廠開挖出露的自然剖面.整個(gè)剖面自上而下，高約560 cm，未見底.頂部0～44 cm為風(fēng)化層，其中41～44 cm為砂質(zhì)含礫層；中部45～210 cm為厚166 cm的粗、細(xì)砂交替的濱岸相或河流相沉積砂層；下部211～560 cm為厚350 cm的湖相沉積層（未見底，分為明顯的3層）.為后文表述方便，對350 cm厚的湖相層按自上而下的相對深度順序描述如下：0～92 cm為青灰色黏土質(zhì)粉砂，92～148 cm為灰褐色黏土質(zhì)粉砂，148～350 cm為青灰色黏土質(zhì)粉砂（圖1），其中在320～350 cm段中多層見貝殼.

野外對沉積剖面中的湖相沉積層按2 cm間距采樣，共獲得湖相沉積樣品175個(gè)，密封在自封袋里帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析處理.

湖相沉積樣品的AMS14C年代測定由中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所AMS14C制樣實(shí)驗(yàn)室和北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合完成.3個(gè)樣品的測年材料全部為沉積物全樣有機(jī)質(zhì)，14C年代結(jié)果根據(jù)半衰期5730 a計(jì)算得出，校正采用IntCal13［14］.

粒度采用英國Malvern Mastersizer 2000激光粒度儀測定，總有機(jī)碳（TOC）和總氮（TN）含量采用意大利Euro vector EA-3000元素分析儀測定，碳酸鹽含量采用酸堿中和滴定法測定.具體分析方法如下：1）取少量樣品（0.3 g左右）放入100 ml燒杯中，加入20 ml的蒸餾水和10 ml 10%的雙氧水（H2O2），待充分反應(yīng)直至過量的H2O2分解完畢，再加入10 ml 10%的鹽酸（HCl），待反應(yīng)停止后，加入蒸餾水100 ml，靜置24 h，抽去蒸餾水，洗去過量的HCl，使樣品呈中性.加入20 ml蒸餾水和10 ml濃度為0.05 mol/L的六偏磷酸鈉，超聲振蕩15 min后用英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀進(jìn)行測試，重復(fù)測量誤差小于±2%；2）稱取一定量用10%HCl去除碳酸鹽后經(jīng)低溫（40℃）烘干并研磨至200目的樣品，上意大利Euro vector公司生產(chǎn)的EA-3000元素分析儀測定TOC和TN含量，每10個(gè)樣品加入1個(gè)標(biāo)樣進(jìn)行質(zhì)量控制，測試誤差小于5%；3）稱取研磨烘干后的樣品0.12～0.2 g，置于三角瓶內(nèi)加入0.1 mol/L的HCl 20 ml，而后將三角瓶置于80℃恒溫水浴鍋中加熱20 min，冷卻后加入酚酞1～2滴，以0.1 mol/L NaOH滴定至微紅色，計(jì)算碳酸鹽含量，重復(fù)測試誤差小于5%.上述所有實(shí)驗(yàn)均在南通大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院環(huán)境演變與要素分析部省共建實(shí)驗(yàn)室完成.

2　結(jié)果

2.1年代序列

沉積年代序列的建立由不同深度的3個(gè)AMS14C年代樣品加以控制（圖1，表1）.先前的全新世沉積研究認(rèn)為烏倫古湖湖泊沉積樣品存在約800 a的“老碳效應(yīng)”［15-16］，故各AMS14C年代減去800 a后進(jìn)行日歷校正，沉積剖面湖相沉積層底部350 cm處校正年代約為33600 cal a BP.其它各層位年代按碳庫校正后的年齡進(jìn)行線性內(nèi)插和外推，經(jīng)外推烏倫古湖古湖相沉積剖面湖相沉積層頂部0 cm處的年齡約為6500 cal a BP.

表1　烏倫古湖古湖相沉積剖面年代Tab.1 AMS14C ages of Profile sediments in Lake Ulungur

2.2粒度

整個(gè)剖面的中值粒徑（Md）均值為29.4 μm，變化于4.0～86.8 μm之間（圖2）.粒徑分布中以粉砂（4.0～ 63.0 μm）為主，約占58.2%，黏土（＜4.0 μm）占33.3%，砂（＞63.0 μm）占8.5%.33600-22500 cal a BP間，中值粒徑均值為24.3 μm，粉砂、黏土和砂含量平均分別為58.0%、37.9%和4.1%.22500-16500 cal a BP間，砂含量增加，平均占29.0%，從而使中值粒徑平均增大到53.6 μm，但依然以粉砂為主，平均約為55.5%；黏土含量降低，平均為16.5%.16500-6500 cal a BP間，中值粒徑為27.5 μm，粉砂、黏土和砂含量平均分別為60.3%、33.0%和6.7%.

2.3總有機(jī)碳、總氮含量變化

整個(gè)古湖相剖面沉積期間，TOC含量變化于0.3%～2.0%之間，平均值為1.1%；TN含量在0.1%～0.5%之間變化，平均為0.3%（圖2）.33600-22500 cal a BP期間，TOC和TN平均含量分別為1.3%和0.3%；16500-6500 cal a BP間，TOC和TN平均含量分別為0.9%和0.3%；22500-16500 cal a BP間，TOC 和TN平均含量顯著降低，均值分別降到0.5%和0.2%.

2.4碳酸鹽含量

整個(gè)剖面碳酸鹽含量（以CaCO3記）于2.7%～22.6%之間變化，平均值為11.7%（圖2）.其中33600-22500 cal a BP期間，碳酸鹽含量平均為11.8%；22500-16500 cal a BP期間，碳酸鹽平均含量降低到9.0%；16500-6500 cal a BP期間，碳酸鹽平均含量相對升高至12.8%.

圖2　烏倫古湖古湖相沉積剖面代用指標(biāo)記錄（虛線表示湖相沉積分段）Fig.2 Diagram of Proxies records in the ancient lacustrine sediments Profile in Lake Ulungur

3　討論

3.1沉積環(huán)境的變化

位于湖泊中心的沉積物粒度變化與進(jìn)入湖泊的物源粗細(xì)以及湖水環(huán)境對顆粒的再改造再分布作用兩個(gè)因素有關(guān).對于大型深水湖泊，湖心沉積物所受的風(fēng)浪和湖流等引起的湖水環(huán)境的改造和再分布作用小，對粒度變化的影響不及入湖徑流變化引起的物源輸入作用大，因此可以認(rèn)為位于湖心的沉積物粒度值的變化主要取決于輸入物源的粗細(xì)變化，大致反映了外力搬運(yùn)能力的強(qiáng)弱［17］.處于干旱區(qū)的湖泊，其外力搬運(yùn)作用主要為降水或冰雪融水等引起的徑流作用以及引起沙塵暴等風(fēng)沙活動的風(fēng)力作用，這2種作用的相互強(qiáng)弱關(guān)系可以從粒度頻率曲線特征加以識別［18］.

從烏倫古湖古湖相沉積物典型粒度頻率曲線特征圖（圖3）可以看出：代表古湖相沉積上段（0～92 cm）的wlgP02（圖3a）、wlgP46（圖3b）樣品的粒度頻率分布曲線和代表古湖相沉積下段（148～350 cm）的wlgP77（圖3g）、wlgP172（圖3h）樣品的粒度頻率分布曲線呈單峰狀態(tài)，接近正態(tài)分布的形態(tài)，表明其主要受單一作用影響，粒度組成高度集中于峰形中間的粉砂粒級，峰形兩端的黏土和砂含量較低，為典型流水搬運(yùn)作用粒度頻率曲線，表明這兩個(gè)階段的沉積物為湖相沉積環(huán)境下沉積的；代表古湖相沉積中段（92～148 cm）的wlgP49（圖3d）、wlgP72（圖3e）樣品的粒度頻率分布曲線也呈單峰狀態(tài)，這表明其也主要受單一作用影響，但明顯偏向砂粒級的峰形，表明其明顯受到不同于上述兩個(gè)階段的作用，為典型風(fēng)力搬運(yùn)作用粒度頻率曲線，說明這一階段的沉積物來源主要為風(fēng)力作用；而處于下段（148～350 cm）向中段（92～148 cm）過渡的wlgP76（圖3f）樣品和中段（92～148 cm）向上段（0～92 cm）過渡的wlgP47（圖3c）樣品的粒度頻率分布曲線呈雙峰形態(tài)，表明其受兩種作用共同影響，基本持平的雙峰形態(tài)反映風(fēng)力搬運(yùn)作用和流水搬運(yùn)作用基本相同，其中wlgP76（圖3f）代表148～350 cm以流水搬運(yùn)為主作用段向92～148 cm以風(fēng)力搬運(yùn)為主作用段的過渡，wlgP47（圖3c）代表92～148 cm以風(fēng)力搬運(yùn)為主作用段向0～92 cm以流水搬運(yùn)為主作用段的過渡.

圖3　烏倫古湖古湖相沉積物典型粒度頻率曲線特征（為提高圖件清晰度，沒有列出每段所有樣品的粒度頻率曲線，僅選取每段的頂部和底部各1個(gè)樣品作為代表，示意本段的粒度頻率曲線情況：a、b代表0～92 cm的上段，d、e代表92～148 cm的中段，g、h代表148～350 cm的下段；c和f分別代表上段向中段以及中段向下段的過渡）Fig.3 Frequency curve of sedimentary grain-size in the ancient lacustrine sediments Profile in Lake Ulungur

從烏倫古湖古湖相沉積物的粒度頻率分布曲線與現(xiàn)代烏倫古湖沉積物、區(qū)域風(fēng)成沙以及黃土的粒度頻率分布曲線的比較圖（圖4）可以看出，以wlgP02、wlgh46為代表的烏倫古湖古湖相沉積上段（0～92 cm）以及以wlgP77、wlgP172為代表的烏倫古湖古湖相沉積下段（148～350 cm），粒度頻率分布曲線基本接近于現(xiàn)代烏倫古湖湖泊沉積物，這表明烏倫古湖古湖相沉積的上、下2段為典型的湖相沉積環(huán)境.峰值向細(xì)顆粒段偏移，表明其顆粒比現(xiàn)在的烏倫古湖的沉積物更細(xì)，為深湖相沉積環(huán)境.而以wlgP49和wlgP72為代表的烏倫古湖古湖相沉積中段（92～148 cm），粒度分布頻率曲線的峰值介于區(qū)域黃土和風(fēng)成沙的峰值之間，這表明中段沉積物更接近于風(fēng)成沉積來源，進(jìn)一步證實(shí)了風(fēng)力搬運(yùn)在該段沉積物的形成中起主導(dǎo)作用，這一階段的沉積環(huán)境為非湖相沉積.

有機(jī)碳、氮和碳酸鹽含量的變化也從另一方面證實(shí)了上述沉積環(huán)境的判斷.當(dāng)為湖相沉積環(huán)境時(shí)，區(qū)域降水或融水增多，氣候相對暖濕，水生植物等湖泊生物生長好，初級生產(chǎn)力高，沉積物中的總有機(jī)碳、氮含量高；繁盛的湖泊生物將使水體的CO2降低，使湖水中方解石等處于過飽和狀態(tài)，導(dǎo)致碳酸鹽的沉積，因而碳酸鹽含量較高.相反，當(dāng)為以風(fēng)力作用為主的非湖相沉積環(huán)境時(shí)，區(qū)域氣候相對干燥，湖泊水位下降或干涸，水生植物等湖泊生物生長受到抑制，沉積物中的有機(jī)碳、氮含量和碳酸鹽含量下降.

圖4　烏倫古湖古湖相沉積物與現(xiàn)代烏倫古湖湖泊沉積、風(fēng)成沉積（風(fēng)沙、黃土）的粒度比較（烏湖南沙漠沙、吉湖東風(fēng)成沙、烏湖09孔粒度數(shù)據(jù)均為蔣慶豐未發(fā)表數(shù)據(jù)；鄭州桃花裕黃土粒度為錢鵬未發(fā)表數(shù)據(jù)；烏湖04孔數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［18］；wlgP02、wlgP46、wlgP47、wlgP49、wlgP72、wlgP77和wlgP172為本文剖面粒度數(shù)據(jù)，分別代表深度為4、92、94、98、144、154和344 cm的樣品粒度）Fig.4 Grain-size comPared between the ancient lacustrine sediments，aeolian sand and loess sediments in Lake Ulungur

綜合上述結(jié)果和分析，將33600 cal a BP以來的烏倫古湖古湖相沉積環(huán)境變化簡述如下：

約33600-22500 cal a BP期間，湖泊沉積物粒徑較小，黏土等細(xì)顆粒含量高，主要以流水搬運(yùn)沉積作用為主，為相對穩(wěn)定的深湖相沉積環(huán)境.區(qū)域降水或融水作用強(qiáng)，相對暖濕的氣候條件較適宜水生生物的生長，湖泊初級生產(chǎn)力較高，有機(jī)碳、氮含量和碳酸鹽含量較高.

22500-16500 cal a BP期間，湖泊沉積物粒徑較大，砂等粗顆粒含量高，主要以風(fēng)力搬運(yùn)沉積為主，為非湖相沉積環(huán)境階段.相對干旱的氣候條件不適宜水生生物的生長，湖泊初級生產(chǎn)力低下，有機(jī)碳、氮含量和碳酸鹽含量降低.

16500-6500 cal a BP期間，湖泊沉積物粒徑變小，砂含量降低，黏土等細(xì)顆粒含量升高，沉積物主要來源于徑流搬運(yùn)作用，為較為穩(wěn)定的湖相沉積階段.這一時(shí)期降水或冰雪融水增加，氣候條件重新變得適宜水生生物的生長，湖泊初級生產(chǎn)力提高，有機(jī)碳、氮和碳酸鹽含量增加.

3.2區(qū)域?qū)Ρ?/p>

3.2.1MIS-3晚期（33600-22500 cal a BP）的古大湖和高湖面特征 烏倫古湖古湖相沉積所反映出的MIS-3晚期的大湖期和高湖面特征在包括新疆在內(nèi)的西北干旱區(qū)和青藏高原北部等西風(fēng)影響區(qū)內(nèi)被包括湖泊、黃土、沙漠等信息載體在內(nèi)的沉積物廣泛記錄.

同處準(zhǔn)噶爾盆地的瑪納斯湖［19-20］在27.4-38.3 ka間出現(xiàn)了比現(xiàn)在高約20 m的高湖相沉積.吐魯番盆地的艾丁湖在24.9 ka前為黏土、粉砂等碎屑淡水湖相沉積［21］.柴窩堡湖［22］這一時(shí)期存在高出現(xiàn)代湖面25～28 m的統(tǒng)一大湖；天山東部的巴里坤湖［23］在37 ka BP間出現(xiàn)以黏土和粉砂為主的深水湖相沉積環(huán)境；西天山中段、海拔2070 m的賽里木湖也發(fā)現(xiàn)了比現(xiàn)今湖面高7～9 m，形成于24.8-27.6 ka的湖灘巖沉積［24］.伊犁盆地則克臺黃土26.1 ka前后出現(xiàn)指示氣候溫暖濕潤的弱成壤古土壤層［25］.古爾班通古特沙漠南緣風(fēng)沙沉積中28.7 ka BP間夾有指示濕潤氣候的含鈣結(jié)核的黏土層［26］.塔里木盆地的塔克拉瑪干沙漠中心30 ka前為一巨大的古湖泊［27］.

西北干旱區(qū)的騰格里沙漠在35-22 ka間形成大湖期［4，28］，居延澤［29］、柴達(dá)木盆地［30］、巴丹吉林沙漠腹地［31］、雅布賴鹽湖［5］也都曾發(fā)現(xiàn)過高湖面湖岸地貌和湖泊沉積.青藏高原大湖期形成于距今30-40 AMS14C ka BP［32-33］，甚至更早［34］.這些高湖面和大湖期的存在至少說明，在中國的干旱區(qū)甚至青藏高原MIS-3晚期曾經(jīng)存在過異常溫暖濕潤的氣候環(huán)境.

3.2.2末次冰期冰盛期（LGM，22500-16500 cal a BP） 烏倫古湖古大湖沉積所反映出的末次冰期冰盛期的寒冷干燥在區(qū)域上有廣泛的響應(yīng).瑪納斯湖在LGM時(shí)碳酸鹽含量、孢粉濃度都是全剖面最低的時(shí)段，指示氣候干旱、湖面急劇收縮［19］.羅布泊在LGM時(shí)為荒漠草原［35］.巴里坤湖LGM時(shí)蒸發(fā)鹽含量和白云石含量增加，氣候干旱.新近的巴里坤湖孢粉記錄也表明該湖LGM時(shí)孢粉組合以黎科和菊科為主，氣候極端干旱［36-37］.伊犁黃土中指示西風(fēng)強(qiáng)度變化的細(xì)顆粒含量在寒冷的冰盛期減少，指示西風(fēng)風(fēng)力增強(qiáng)［25］，西北地區(qū)的沙漠這一時(shí)段持續(xù)發(fā)展和擴(kuò)張［38］.

3.2.3冰后期及早中全新世（16500-6500 cal a BP）以來的沉積記錄對比 16500 cal a BP以來的冰后期回暖升溫階段，但總體仍為干旱的氣候特征，與區(qū)域上已有記錄基本一致.這一時(shí)段瑪納斯湖巖性記錄有3層薄層細(xì)砂，花粉沉積率最低，以旱生非喬木花粉為主，表明氣候干旱［39］.以冰融水補(bǔ)給的湖泊此時(shí)隨補(bǔ)水量的增加開始出現(xiàn)高湖面，如艾比湖、柴窩堡湖等［40］，羅布泊在14.5 ka BP左右出現(xiàn)典型的湖相沉積［41］.

10000-6500 cal a BP時(shí)段的烏倫古湖古大湖沉積和全新世同時(shí)期的WLG04［42］沉積代用指標(biāo)的對比分析表明，其代用指標(biāo)數(shù)據(jù)變化具有很好的對應(yīng)性和變化趨勢的一致性（圖5）.首先，粒徑的大小和分布規(guī)律基本一致.古大湖沉積的中值粒徑均值為29.4 μm，以粉砂為主，約占58.3%，黏土占33.3%，砂占8.4%；烏倫古湖全新世沉積物的中值粒徑均值為26.7 μm，粉砂、黏土和砂含量平均分別為72.3%、18.5%和9.2%，這表明兩者的物源來源相同.其次，中值粒徑和各粒徑含量的曲線變化趨勢也基本相同，這表明它們反映的是同一沉積環(huán)境變化過程.再次，除粒度外的其它代用指標(biāo)，如TOC、TN、C/N和碳酸鹽含量，兩者的曲線變化趨勢的一致性進(jìn)一步表明其沉積記錄為同一湖泊沉積過程.這一對比結(jié)果表明烏倫古湖在10000-6500 cal a BP的早中全新世面積較大，淹沒了包括烏倫古湖古湖相沉積剖面在內(nèi)的沉積點(diǎn).同時(shí)，16500-6500 cal a BP期間，烏倫古湖古湖相沉積剖面反映出的沉積過程以流水作用為主，為湖相沉積環(huán)境，據(jù)此推斷，冰后期烏倫古湖也可能維持了較大的湖泊面積.

圖5　烏倫古湖古湖相沉積和全新世湖泊沉積的記錄對比（黑色曲線示烏倫古湖古大湖剖面沉積記錄；藍(lán)色曲線示烏倫古湖全新世鉆孔WLG04沉積記錄［42］）Fig.5 Sediments records comPared between Ulungur ancient lacustrine sediments and Holocene Lake Ulungur

同時(shí)，2009和2010年在現(xiàn)代烏倫古湖其它位置取得的全新世沉積鉆孔WLG09和WLG10B分別在5.5 cal ka BP（114.5 cm）和7.2 cal ka BP（227 cm）以下出現(xiàn)陸相黏土、含砂礫的厚砂層沉積，表明這一時(shí)期，鉆孔所在地沒有被湖泊覆蓋，缺失早全新世以來的湖相沉積（圖6）.而位于最大深洼近中部的WLG04鉆孔同時(shí)段仍接受湖泊沉積，未發(fā)生記錄中斷，這表明7.2-5.5 cal ka BP期間，烏倫古湖僅占據(jù)了深洼所在的局部湖盆，湖面發(fā)生了急劇收縮（圖6）.

上述對比和分析表明，烏倫古湖自MIS-3晚期以來，湖相沉積環(huán)境持續(xù)到22500 cal a BP的末次冰盛期之前，維持了一個(gè)巨大的古湖相沉積.其后由于末次盛冰期的影響，氣候冷干，湖水位急劇下降、湖面收縮，WLGP沉積記錄點(diǎn)中斷了湖相沉積，轉(zhuǎn)變?yōu)橐燥L(fēng)力作用為主的非湖相沉積環(huán)境.16500-6500 cal a BP的冰后期及早中全新世階段，氣候回暖轉(zhuǎn)濕，WLGP又恢復(fù)了湖相沉積記錄，指示湖水位增加、湖面擴(kuò)張.7200-5500 cal a BP階段，因高溫干旱事件的影響，湖泊萎縮，水位下降，面積縮小，WLGP、WLG09和WLG10B沉積記錄點(diǎn)都中斷了湖相沉積.5500 cal a BP后，氣候轉(zhuǎn)冷變濕，WLG09、WLG10B又恢復(fù)了湖相沉積記錄，指示湖水位增加、湖面擴(kuò)張，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于古湖相沉積時(shí)期的深度和范圍.

圖6　烏倫古湖沉積記錄點(diǎn)分布以及與地貌的關(guān)系（左：烏倫古湖地貌圖［43］；右：現(xiàn)代烏倫古湖鉆孔巖性，其中WLG10B參照文獻(xiàn)［16］；WLG09參照文獻(xiàn)［44］；WLG04參照文獻(xiàn)［42］；圖中現(xiàn)代湖泊鉆孔處的海拔高程參照文獻(xiàn)［7］估計(jì)）Fig.6 Sediment record sites and its geomorPhic location in Ulungur areas

發(fā)生在6.5 cal ka BP前后、持續(xù)千年的高溫干旱事件在周邊湖泊、沙漠沉積等沉積物中都有一致的記錄.瑪納斯湖在6.8-5.2 cal ka BP期間經(jīng)歷干旱［45］，出現(xiàn)河流相沉積，介形蟲同位素值明顯偏負(fù).賽里木湖6.5-5.5 cal ka BP期間，高溫干旱，植被由荒漠草原/草原迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榛哪?，區(qū)域有效濕度明顯降低［46］.博斯騰湖孢粉A/C比值［47］和巴里坤湖的碳酸鹽［48］都記錄到了濕度降低和溫度升高的干旱事件.托勒庫勒湖在6.1-4.9 cal ka BP出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)塵堆積［49］，指示氣候干旱.伊塞克湖在6.9-4.9 cal ka BP期間由外流淡水湖轉(zhuǎn)變成封閉的咸水湖［50］，5.7 cal ka BP前后其自生碳酸鹽氧同位素發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，表明氣候向干旱轉(zhuǎn)型.阿拉善高原中全新世7000-5000 a的高溫干旱事件造成了黑河的終閭湖泊居延澤、石羊河的終閭湖泊潴野澤以及騰格里沙漠東緣的頭道湖泊縮小和干涸［51］.

3.3可能的機(jī)制

對于MIS-3晚期33600-22500 cal a BP期間形成的高湖面，目前尚缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識［4，52］.Jiang等［52］認(rèn)為這一時(shí)期太陽輻射下降引發(fā)的降溫以及高緯植被的減少強(qiáng)化了極地冰蓋的發(fā)育，造成低緯和高緯熱力和壓力差異增大，西風(fēng)增強(qiáng)，給西北地區(qū)帶來了豐沛的水汽.Shi等［33］認(rèn)為當(dāng)時(shí)的強(qiáng)盛季風(fēng)可能給包括青藏高原東部在內(nèi)的西北地區(qū)帶來了豐沛的降水，從而形成高湖面.太陽輻射、極地冰蓋及其引發(fā)的季風(fēng)、西風(fēng)環(huán)流條件的改變等多方面因素共同作用［3］可能是造成這一時(shí)期西北內(nèi)陸出現(xiàn)高湖面的主要原因，還需要進(jìn)一步的深入研究［4］.

末次冰期冰盛期（22500-16500 cal a BP）烏倫古湖呈現(xiàn)出的以風(fēng)力作用為主的非湖相沉積環(huán)境，與當(dāng)時(shí)北半球冰蓋增大，氣溫降低，寒冷干燥的氣候條件有關(guān).冰后期的溫度回升引起的冰融水增加以及早全新世亞洲季風(fēng)的再次強(qiáng)盛及其西進(jìn)影響則可能是冰后期及早中全新世（16500-6500 cal a BP）烏倫古湖古湖相沉積存續(xù)的主要原因.中全新世時(shí)季風(fēng)衰弱撤退及與西風(fēng)的增強(qiáng)南遷之間的控制轉(zhuǎn)換以及高溫引起的蒸發(fā)量增加則可能是造成烏倫古湖古湖相沉積消亡的原因所在.

烏倫古湖古湖相沉積記錄的MIS-3晚期（33600-22500 cal a BP）濕潤、末次冰期冰盛期（22500-16500 cal a BP）干旱和冰后期及早中全新世（16500-6500 cal a BP）濕潤，其在萬年尺度上的干濕變化主要與地球軌道要素變化引起的北半球太陽輻射變化導(dǎo)致的冰期間冰期變化及其引起的季風(fēng)和西風(fēng)等區(qū)域主要的大氣環(huán)流形勢相應(yīng)的發(fā)生改變有關(guān).季風(fēng)和西風(fēng)環(huán)流對區(qū)域水汽來源和濕度的貢獻(xiàn)以及溫度變化引起的蒸發(fā)效應(yīng)對濕度變化的影響程度還有待進(jìn)一步的量化研究.

4　結(jié)論

烏倫古湖古湖相沉積剖面的AMS14C測年，粒度，總有機(jī)碳、氮以及碳酸鹽等環(huán)境代用指標(biāo)的分析以及與全新世鉆孔沉積記錄的綜合對比分析表明：烏倫古湖自MIS-3晚期33600-22500 cal a BP末次冰盛期前，以及16500 cal a BP-約6500 cal a BP期間，維持著古湖相沉積環(huán)境，湖面約比現(xiàn)在湖面高約40 m.33600-22500 cal a BP的MIS3晚期，氣候相對溫暖，烏倫古湖呈現(xiàn)古大湖和高湖面特征，湖泊沉積物來源以流水搬運(yùn)為主；22500-16500 cal a BP的末次冰期冰盛期，氣候寒冷，湖泊沉積物來源以風(fēng)力搬運(yùn)為主；16500-6500 cal a BP的冰后期以及早、中全新世期間，氣候回暖，湖泊沉積物主要來源于徑流作用.6500 cal a BP后，受高溫干旱事件的影響，湖面收縮、水位劇降，除沉積中心外的鉆孔位置出現(xiàn)沉積中斷.5500 cal a BP后氣候轉(zhuǎn)冷變濕，湖泊重新恢復(fù)到現(xiàn)在的狀態(tài).烏倫古湖MIS-3晚期以來的沉積環(huán)境的變化及其反映的古氣候在萬年尺度上的干濕變化與周邊區(qū)域環(huán)境變化記錄有很好的一致性，響應(yīng)了區(qū)域環(huán)境變化和全球氣候突變事件.季風(fēng)和西風(fēng)的強(qiáng)度變化及其引起的環(huán)流條件改變以及溫度變化引起的蒸發(fā)效應(yīng)可能是包括烏倫古湖地區(qū)在內(nèi)的西北干旱區(qū)氣候變化的主要原因.環(huán)流條件及其對濕度變化的深入量化研究是理解區(qū)域氣候變化機(jī)制的重要途徑.

致謝：感謝參加野外采樣工作的南通大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院的鈔振華博士和幫助測試分析有機(jī)碳、氮的閆德智博士.

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PreLiminary research on ancient Lacustrine sediments in Lake ULungur in arid CentraL Asia since Late MLS-3

JIANG Qingfeng1，2，QIAN Peng1，2，ZHOU Tong1，2，HONG Jia1，F(xiàn)AN Hua1&LIU Jingfeng1
（1：School of Geography Sciences，Nantong University，Nantong 226007，P.R.China）
（2：Institute of Geographic Engineering Technology，Nantong University，Nantong 226007，P.R.China）

Ancient Lake Ulungur lasted from 33600 cal a BP to 22500 cal a BP and from 16500 cal a BP to 6500 cal a BP with lake level 40 m higher than that of current Lake Ulungur through analysis of AMS14C dating，grain-size，total carbon and total nitrogen，carbonate content samPled from Ulungur ancient lacustrine sediment Profiles around the current Lake Ulungur and through comParison to Previous Holocene core lake sediment research results.During late MIS-3（33600-22500 cal a BP）stage，the climate was relatively warm，ancient Lake Ulungur was in high lake levels and lake sediments transPorted mainly by river runoff.During Last Glacial Maximum（LGM，22500-16500 cal a BP），the climate was cold and dry and sources of lake sediments transPorted by winds.During Postglacial and early to middle Holocene（16500-6500 cal a BP），the climate returned to warm and lake sediments were mainly from runoff again.During the Period between 6500-5500 cal a BP，ancient Lake Ulungur shrinked，lake level sharPly declined and cores lacked dePosits excePt for the core in the central dePression under the influence of high temPerature and drought events.And it restored to current status since 5500 cal a BP when the climate turned cold and wet.The records of climatic and environmental evolution of ancient Lake Ulungur were in good accordance with those of adjacent areas.It resPonded to regional environmental change and global abruPt climate events.Strength and circulation conditions changes between Monsoon and the Westerly and the evaP-oration effects caused by temPerature could be the main causes of regional climate and environmental variation.The study of the sedimentary records from ancient Lake Ulungur can Provide geological evidence to ancient large lake evolution in northern Xinjiang and interrelationshiPs between monsoon and the westerly and climate change in their domain areas on long time scales since late MIS-3.

Lake Ulungur；ancient lacustrine sediments；late MIS-3；drought events；Paleoclimatic evolution；the westerly

10.18307/2016.0225

*國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40802084）和南通大學(xué)自然科學(xué)類科研基金前期預(yù)研項(xiàng)目（12ZY014）聯(lián)合資助.2015-01-27收稿；2015-08-14收修改稿.蔣慶豐（1976～），男，博士，副教授；E-mail：qfjiangz@163.com.