不同地區(qū)氣候環(huán)境事件演變的研究方法探索與應(yīng)用.pdf

1、歷史上發(fā)生的氣候環(huán)境事件是全球氣候變化研究的重點和熱點之一，也是深入理解全球變化驅(qū)動機(jī)制的重要方面。自20世紀(jì)以來，由自然和人為原因所導(dǎo)致的環(huán)境氣候事件日益增多，其影響因素復(fù)雜，影響范圍廣泛，因而也引起了人們對自然環(huán)境氣候變化越來越多的關(guān)注。有甄別地選擇合適的研究載體和研究方法，對不同地區(qū)受自然和人為因素影響所導(dǎo)致的不同類型的氣候環(huán)境事件進(jìn)行深入研究，是理解事件發(fā)生機(jī)制的有效途徑。而對歷史時期和現(xiàn)代條件下不同類型氣候環(huán)境事件的研究，也是

2、為了能夠更好地“以古論今”，并為分析和預(yù)測未來氣候環(huán)境條件的變化特征提供必要的科學(xué)依據(jù)。
　　 本文分別選擇位于中國浙江舟山朱家尖島觀音灣海灘上的泥裂構(gòu)造，位于中國北黃海西部泥質(zhì)區(qū)的沉積柱，位于北極新奧爾松地區(qū)的現(xiàn)代苔蘚和表層土壤樣品，和位于北極Juttahomen島地區(qū)的泥炭剖面等為主要研究對象，綜合年代學(xué)(210Pb、137Cs、光釋光定年、AMS14C定年等)、粘土礦物礦相學(xué)（定性和半定量分析方法）、孢粉學(xué)、元素地球化學(xué)和

3、粒度等多種指標(biāo)的研究和分析方法，集中討論了各研究載體所反映的不同時間尺度和區(qū)域背景下的氣候環(huán)境事件。并嘗試為千年尺度古氣候事件和近現(xiàn)代受人為和自然因素共同影響的短時間尺度氣候環(huán)境變化研究提供更多的研究載體和研究思路，為更好地預(yù)測未來提供科學(xué)基礎(chǔ)。同時也考慮到不同環(huán)境和時間尺度下所采用的研究方法和取樣之間的差別。
　　 本文所涉及的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1.浙江舟山朱家尖島泥裂中記錄的千年尺度古氣候事件研究
　

4、　 泥裂是一種常見的地層構(gòu)造，一般常常被應(yīng)用于地質(zhì)層序的判斷方面，但過去很少有研究者對其所蘊含的氣候環(huán)境特征進(jìn)行深入研究。特別是對于泥裂構(gòu)造的年代學(xué)特征大都停留在其所在地層的地質(zhì)年代，很少有對泥裂開裂時間進(jìn)行的詳細(xì)研究見諸報道。
　　 本文對位于浙江舟山朱家尖島海灘泥上的泥裂構(gòu)造進(jìn)行了包括年代學(xué)、孢粉學(xué)、粘土礦物礦相學(xué)和元素地球化學(xué)等多指標(biāo)的分析，對泥裂不同層位（泥裂邊泥、裂縫填充泥和泥裂蓋層）充填樣品的不同環(huán)境指標(biāo)特征進(jìn)行了

5、對比分析。
　　 研究結(jié)果表明，朱家尖島所發(fā)育的泥裂構(gòu)造并非是多次沉積環(huán)境干濕交替的結(jié)果，而很可能是一次大規(guī)模沉積環(huán)境變化的產(chǎn)物，其裂縫開裂時間發(fā)生于31.2-30.4 cal ka B.P.期間。不同環(huán)境替代性指標(biāo)的研究結(jié)果表明，裂縫開裂期間，研究地區(qū)植被衰落，整體氣候類型相對其它時期表現(xiàn)出明顯的寒冷干燥的特征。顯然朱家尖島的泥裂構(gòu)造對應(yīng)于一次大規(guī)模的氣候快速變冷事件，反映了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)發(fā)生的重大變化。對比鄰近區(qū)域其它研究載體

6、的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浙江朱家尖島的泥裂構(gòu)造是Heinrich 3事件在研究區(qū)域的反映和直接的景觀證據(jù)。
　　 泥裂構(gòu)造為研究第四紀(jì)時期的氣候快速變化事件提供了一種新的研究材料和研究方法。
　　 2.中國北黃海泥質(zhì)沉積物記錄的氣候環(huán)境事件研究
　　 對過去由自然和人為因素所引起的氣候環(huán)境事件的重建能夠為探討事件促發(fā)機(jī)制和發(fā)生規(guī)律提供科學(xué)依據(jù)，但環(huán)境載體的不同指標(biāo)特征對不同事件的敏感程度也不相同，因此需要針對不同事件類型選擇

7、合適的指標(biāo)。
　　 本文對位于中國北黃海西部泥質(zhì)沉積中的沉積柱38002進(jìn)行了年代學(xué)(210Pb、137Cs指標(biāo))、粒度和元素地球化學(xué)指標(biāo)（包括TOC、Pb、Hg等）的測定和分析，并綜合前人的研究結(jié)果和歷史文獻(xiàn)記錄，對沉積柱不同指標(biāo)特征所指示的氣候環(huán)境事件進(jìn)行了分析和集中討論。
　　 年代學(xué)測試結(jié)果表明,38002沉積柱中樣品的平均沉積速率為0.13cm/yr，據(jù)此得到38002沉積柱的沉積時間為1755-2009 AD

8、，沉積柱反映了過去254年來研究地區(qū)的氣候環(huán)境變化信息。對北黃海泥質(zhì)沉積38002沉積柱中不同指標(biāo)的分析結(jié)果表明，北黃海泥質(zhì)區(qū)受陸源河流輸入影響顯著，特別是在近150年來，明顯受到了黃河輸沙的影響。
　　 沉積柱中粒度的分選系數(shù)、有機(jī)指標(biāo)(TOC、TN和TOC/TN)和其它部分元素指標(biāo)（Ni/Al、Mn/Al、Cr/Al、Co/Al和Se/Al）在21cm深處的變化都明確指示了1855AD所發(fā)生的黃河改道事件的發(fā)生；特別是分選系

9、數(shù)，對發(fā)生于1938AD和1978AD的兩次相對小規(guī)模的黃河改道事件也都有敏感指示。沉積柱中受人類活動影響較大的元素指標(biāo)（Pb/Al、Zn/Al、Se/Al和TOC.TC.TN等）在表層10cm樣品中出現(xiàn)的增長趨勢，明顯受到了中國大陸地區(qū)工農(nóng)業(yè)以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等快速發(fā)展的影響，是中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程的明確指示。
　　 北黃海泥質(zhì)沉積中粒度和元素地球化學(xué)指標(biāo)的變化分別在不同程度上指示了中國大陸地區(qū)的氣候環(huán)境歷史事件。這類事件擁有明確

10、的時間特征和標(biāo)志性的指標(biāo)變化特征，可以作為中國淺海陸架沉積中有效的時間節(jié)點，對于建立沉積柱的年代學(xué)標(biāo)尺有潛在的應(yīng)用價值。
　　 3.北極環(huán)境樣品中記錄的氣候環(huán)境事件
　　 北極新奧爾松地區(qū)遠(yuǎn)離人類主要活動區(qū)，本地人類污染排放源罕見，相對其它同緯度地區(qū)而言，擁有更為豐富的生物群落，因而能夠?qū)夂颦h(huán)境的波動作出敏感反映，是研究環(huán)境變化，特別是全球背景下環(huán)境污染物分布和傳播的良好場所。
　　 1)本文對位于北極新奧爾松

11、地區(qū)煤礦開采區(qū)、機(jī)場周邊等人類活動區(qū)以及少人類干擾區(qū)共81個采樣點的苔蘚(Dicranum angustum)和下覆土壤樣品，以及區(qū)域內(nèi)采集的煤和煤矸石樣品，進(jìn)行了銻(Sb)元素含量的測定。并綜合前人的研究結(jié)果，對比了不同地區(qū)地表系統(tǒng)中Sb的分布特征，對本地區(qū)Sb在不同環(huán)境材料中的分布進(jìn)行了集中討論。
　　 結(jié)果：表明，新奧爾松地區(qū)煤和煤矸石樣品中的Sb含量很低(約為0.1mg/kg)，本地煤層的暴露風(fēng)化過程不會引起表層土壤和苔

12、蘚中Sb含量的升高。
　　 新奧爾松地區(qū)表層土壤中Sb含量的分布顯示，本地區(qū)表層土壤中Sb含量的參考值為0.313mg/kg，其結(jié)果遠(yuǎn)低于土壤中Sb的環(huán)境容量，不會對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用。影響土壤中Sb分布特征的主要因素包括過去的煤礦開采活動和現(xiàn)代道路交通的作用，同時海浪沖刷等自然作用過程也會在一定程度上對其分布產(chǎn)生影響。
　　 新奧爾松地區(qū)苔蘚植被中Sb含量的分布顯示，當(dāng)?shù)靥μ\中Sb含量的參考值為0.108mg/k

13、g。與表層土壤相比，地形和風(fēng)向等自然因素對于Sb在苔蘚植被中的表達(dá)影響更顯著。此外，苔蘚對Sb的吸收表現(xiàn)出一定程度上的生物累積作用，因而對于歷時更久的Sb污染源反映更為敏感，對低污染區(qū)域Sb的監(jiān)測有很大的應(yīng)用前景。
　　 2)本文對采自北極Juttahomen島的泥炭剖面BI開展了210Pb、137Cs以及包括LOl550℃在內(nèi)的元素地球化學(xué)指標(biāo)的綜合測試，并對比本文和其他研究者對不同沉積端元的指標(biāo)分析結(jié)果，集中討論了污染元素在

14、該泥炭剖面中的表達(dá)過程。
　　 分析結(jié)果表明，泥炭剖面的主要沉積端元包括研究地區(qū)的沉積風(fēng)化產(chǎn)物，當(dāng)?shù)氐奶μ\植被沉積，以及一定量的鳥糞輸入。由于放射性核素(210Pb、137Cs)受到了沉積端元，特別是苔蘚植被的富集和積累作用的影響，且BI剖面中不同層位的苔蘚所占比例差異很大，因此在用于年代學(xué)判斷時，需要先對相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行校正。
　　 元素指標(biāo)的統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果表明，沉積剖面中Hg、Pb、Sb等元素在BI沉積中的表達(dá)源自不同的