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古气候定量重建是古全球变化研究长期努力的方向,目前对全球变暖的关注也对古气候重建精度提出更高的要求。黄土在我国北方地区间冰期、冰期气候重建中具有很大的潜力。转换函数方法是定量重建的重要途径,其实质是利用现代表层土壤、沉积物中的物理化学指标、生物组合资料建立其与气候参数之间的回归关系,以实现高精度地恢复古气候、古环境的目的。黄土中环境磁学参数是定量重建第四纪古气候的重要代用指标,明确黄土高原地区表土磁学指标的控制因素及其与气候要素的定量关系是应用磁学参数解释黄土古气候信息的重要理论基础。
本文通过对黄土高原及周边地区表土样品磁学性质和粒度组成的测量以及与现代气候要素、沉积因素变化特征的数理统计分析,进一步明确了表土磁学参数的控制因素,建立表土磁学参数与年降水量的转换函数,并定量重建了末次间冰期以来洛川、西峰地区的古降水变化。主要得到以下几点认识:
1.黄土高原表土磁性的空间变化特点为:由西北向东南,低矫顽力和高矫顽力磁性矿物的含量均增多;磁性矿物的平均粒度变细。黄土高原表土磁性矿物以低矫顽力的亚铁磁性磁铁矿/磁赤铁矿为主,并含有一定量的赤铁矿,前者的增加对磁信号的贡献更大;成壤磁性颗粒的粒度分布不随成壤作用强度改变。
2.表土粒度分布基本呈双峰分布,粗粒级的众数粒级~20-60μm,南-北断面样品粗粒级主峰逐渐向细粒级偏移并伴随含量减少;细粒级次峰在<2μm粘土粒级,由北向南含量逐渐增加。粒度的分选差,绝大部分样品正偏,峰度较窄。黄土高原表土的粒度总体空间变化特征是由北向南逐渐变细。
3.黄土高原表土中新生成的磁性矿物含量与降水量的变化关系最为密切,年均温度次之;季节性变化中,降水量的季节分配均匀有利于磁性矿物的形成。表土磁性特征的气候控制因素分析表明,湿度因子对细粒亚铁磁性矿物的含量变化起主要作用,热量因子对反铁磁性的赤铁矿的增加具有主要贡献。
4.表土粒度参数虽然与磁性变化存在相关关系,但是沉积分选对表土磁性变化的影响很小。
5.建立单一指标的磁化率x1f、频率磁化率xfd和xfd%、非磁滞剩磁磁化率xARM以及xARM/IRM100mT比值—年均降水量的气候转换函数,以及多磁学指标—年均降水量的气候转换函数:MAP=-0.013×xlf2+4.442×xlf+233.775R2=0.703MAP=87.501×lnxfd+360.636R2=0.782MAP=31.971×xfd%+283.123R2=0.755MAP=108.786×lnxARM-96.127R2=0.775MAP=47.43×(xARM/IRM100mT)+284.30R2=0.798MAP=-135.525+50.848×lnxfd+34.097×xARM/xlf+501.7×S-ratioR2=0.800上述方程适用于降水量在1000mm以下的古气候估算。
6.古土壤相对于黄土层磁性增强表现在:亚铁磁性矿物和反铁磁性矿物的含量都增加;磁性矿物的平均粒度变细。通过对比表土与剖面成壤磁学参数的差异,认为成岩作用对磁性矿物的影响不大。
7.S1以来的黄土古降水定量重建结果显示,黄土高原中部洛川、西峰地区末次间冰期夏季风最为强盛,降水量分别为~620-650mm和~590-620mm;其次是全新世中期,降水量分别为~600-620mm和~560-580mm。MIS2、MIS4阶段夏季风强度弱,末次盛冰期最干旱,降水分别为~410-450mm和~350mm。