哈萨克斯坦Tramplin剖面孢粉记录的MIS3a环境变化

2013-06-07 06:54黄昌庆LiuKambiu冯兆东杨奇丽张晓森
关键词:孢粉荒漠乔木

黄昌庆,Liu Kambiu,冯兆东,冉 敏,杨奇丽,张晓森

1.兰州大学西部环境教育部重点实验室,兰州 730000

2.美国路易丝安娜州立大学海洋系,美国 巴吞鲁区 70803

3.铜仁学院法政系,贵州 铜仁 554300

4.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐 830046

深海氧同位素(marine isotope stage,MIS)3a阶段的地质年代相当于40~30ka B.P.,深海氧同位素曲线表明,MIS3a阶段全球气温稍高于末次冰期早冰阶(四阶段)和晚冰阶(二阶段),但是远低于末次间冰期(MIS5)和全新世(MIS1),也低于MIS3c阶段[1]。但是这一时期亚洲干旱区东部(中国西北地区)气候和环境状况达到间冰期的程度,气温和降水甚至高于现代[2]。由于铁化肥效应,中纬度亚洲干旱区大气粉尘变化可能是全球变化的重要因素[3],同时全球性荒漠化的发展具有其复杂性[4],因此中亚干旱区的环境变化备受关注。中亚干旱区东北部MIS3阶段气候温暖且在MIS3期间的气候波动了4次[5]。黄土具有沉积体系相对稳定、沉积速率相对均匀且沉积记录相对完整等特点,是其他陆相沉积所不能同时具备的,在重建中亚干旱区气候环境变化中进行黄土研究就显得非常重要[6]。笔者对中亚干旱区中部Tramplin黄土-古土壤沉积剖面进行孢粉分析,并结合可靠的AMS14C年代序列重建MIS3a阶段中亚植被和气候变化历史,为了解中亚干旱区气候变化机制提供可靠的地质证据。

1 研究区概况

Tramplin(简称TR)剖面自然出露于Talgar河的三级阶地,位于西天山与Moyynkuml沙漠之间的草原带(图1)。研究区盛行西风,属大陆性温带气候,年平均气温7°~10°,年降水量约为200~400 mm,降水季节分配比较均匀,以春季比例略高。地带性土壤为灰钙土,自然植被类型为短命植物蒿属半荒漠草原。研究区植被带谱(图2)自南向北依次为高山植被,针叶林,针阔混交林,温带落叶阔叶林,灌木草原,荒漠草原。

2 地层与年代序列

利用AMS14C测年,根据Feng等[7]所描述的详细地层与年代,地层及年代模式见图3。

3 分析方法

TR剖面1 050cm,孢粉样品以~26cm间距采集,共获40个样品,平均分辨率约为350a/样品。孢粉提取采用酸碱法结合筛滤法,每个样品视岩性差异称取150~250g,依次加入HCl(5%~10%)和HF(40%)除去碳酸盐和硅质成分,再以超声波清洗过筛,小指管净化,最后保存于甘油中制活动片鉴定。鉴定时参考正式出版的孢粉图版[8]和现代孢粉标准片对比进行,每个样品统计的孢粉总数为80~150粒。孢粉颗粒分数的计算以陆生植物花粉总和为基数,质量颗粒浓度用外加石松孢子法计算。

图1 TR剖面位置图Fig.1 Location of TR section

图2 植被地带谱示意图Fig.2 Vegetation zone map

图3 TR剖面地层及深度-14C年代模式(据文献[7])Fig.3 Lithology and 14C-depth mode(from reference[7])

4 结果与讨论

4.1 孢粉记录

TR剖面沉积物孢粉记录了42~28ka B.P.期间的植被和气候变化历史,在该剖面中总共鉴定出45个科属的孢粉,主要分为3类:乔木植物花粉、草原成分草本植物花粉和荒漠成分植物花粉。乔木植物(Trees)花粉主要包括松属(Pinus)、云杉属(Picea)、冷杉属(Abies)、雪松属(Cedrus)、柏科(Cupressaceae)、桦属(Betula)、榆属(Ulmus)、栎属(Quercus)、胡桃属(Juglans)和杨属(Populus)等;草原成分植物花粉主要包括菊科(Compositae)、蒿属(Artemisia)、紫菀型 (Astertype)、蒲 公 英 型(Taraxacumtype)、春黄菊型(Anthemistype)、禾本科 (Gramineae)、唇 形 科 (Labiatae)、百 合 科(Liliaceae)、狼毒属(Stellera)、蓼科(Polygonum)、豆科(Leguminasae)、毛茛科(Ranunculaceae)、伞形科(Umbelliferae)、荨麻科(Urticaceae)、十字花科(Cruciferae)、胡 颓 子 属 (Elaeagnus)、蔷 薇 科(Rosaceae)、苋 科 (Amaranthaceae)和 旋 花 属(Convolvulus)等;荒漠成分植物花粉主要包括藜科(Chenopodiaceae)、白 刺 属 (Nitraria)、柽 柳 属(Tamarix)、麻 黄 属 (Ephedra)和 蒺 藜 科(Zygophyllaceae)等。依据乔木、草原成分草本植物花粉和荒漠成分植物花粉之间的相对含量关系,并结合地层、孢粉浓度和CONSIS结果,将TR剖面孢粉记录从下至上划分为6个孢粉组合带(T1T6,见图4和图5)。根据各科属花粉代表性及气候指示意义,结合岩性变化,重建研究区MIS3a时期植被与气候演变序列。

带T1(1 050~1 000cm;41.4ka B.P.以前),岩性为黄土。颗粒分数:乔木花粉小于10%;草原成分植物花粉约80%,其中蒿属花粉为60%;荒漠成分植物花粉约15%,其中藜科花粉约10%。A/C值(A为蒿属花粉颗粒分数,C为藜科花粉颗粒分数)较低,为5~10。>10μm的碳屑质量颗粒浓度约为1 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度平均为6.5粒/g:乔木花粉较低,平均为0.305粒/g,草原成分植物花粉平均为5粒/g,蒿属花粉平均为3.85粒/g;荒漠成分植物花粉平均为1.2粒/g,藜科花粉平均为0.57粒/g。

带T2(1 000~800cm;42~40ka B.P.),岩性为加积型古土壤。颗粒分数:乔木花粉小于10%;草原成分植物花粉为70%~80%,蒿属花粉为50%~70%;荒漠成分植物花粉为10%~20%,藜科花粉在10%左右波动。A/C值较低,为5~10。>10μm的碳屑质量颗粒浓度为800~4 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度有所增加,为6~44粒/g,平均15.6粒/g。乔木花粉有所增加,为0.1~1.3粒/g,平均0.43粒/g。草原成分植物花粉为4~36粒/g,平均12.3粒/g;蒿属花粉为3~32粒/g,平均10.35粒/g。荒漠成分植物花粉为1~6.3 粒/g,平均2.83粒/g;藜科花粉为0.5~5 粒/g,平均1.8粒/g。

带T3(800~500cm;40~36ka B.P.),岩性为黄土。颗粒分数:乔木花粉小于10%;草原成分植物花粉在80%左右波动,蒿属花粉基本上为60%~70%;荒漠成分植物花粉为5%~30%,藜科花粉为4%~20%。A/C值为2~35。>10μm的碳屑质量颗粒浓度为800~2 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度有所下降,为6~26粒/g,平均10.5粒/g。乔木花粉下降,平均0.12粒/g。草原成分植物花粉为5~22粒/g,平均8.7粒/g;蒿属花粉为4~16粒/g,平均6.8粒/g。荒漠成分植物花粉为0.5~3.3粒/g,平均1.72 粒/g;藜科花粉为0.2~2.6粒/g,平均1.1粒/g。

图4 TR剖面孢粉颗粒分数图谱Fig.4 Pollen percentage diagram of TR section

带T4(500~250cm;36~33ka B.P.),岩性为加积型古土壤。颗粒分数:乔木花粉小于10%;草原成分植物花粉为70%~90%,蒿属花粉达到最大值,为60%~80%;荒漠成分植物花粉为5%~20%,藜科花粉颗粒分数低,但是变化较大,为2%~20%。A/C值较高,且波动剧烈,为5~38。>10 μm的碳屑质量颗粒浓度达到最高值,为1 700~7 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度有所增加,为6~20粒/g,平均14.88粒/g。乔木花粉有所增加,平均为0.32粒/g。草原成分植物花粉为5~18粒/g,平均12.5粒/g;蒿属花粉为4~16粒/g,平均10.5粒/g。荒漠成分植物花粉为1.2~4.6粒/g,平均为2.1粒/g;藜科花粉为0.5~3.6粒/g,平均1.23粒/g。

带T5(250~50cm;33~30ka B.P.),岩性为黄土。颗粒分数:乔木花粉小于10%;草原成分植物花粉在80%左右波动,蒿属花粉为50%~70%;荒漠成分植物花粉为15%~25%,藜科花粉比较稳定,为10%~15%。A/C值较低,为5~10。>10 μm的碳屑质量颗粒浓度为500~3 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度总体较高,在9~50粒/g范围内剧烈波动,平均为20.7粒/g。乔木花粉平均为0.46粒/g。草原成分植物花粉为7~40粒/g,平均16.8粒/g;蒿属花粉为6~25粒/g,平均12.24粒/g。荒漠成分植物花粉为1.3~8.6粒/g,平均3.52粒/g;藜科花粉为1~5粒/g,平均2.15粒/g。

带T6(50~0cm;30ka B.P.以后),岩性为表层土壤。颗粒分数:乔木花粉小于10%;草原成分植物花粉为80%左右,蒿属花粉为60%~70%;荒漠成分植物花粉为15%~20%,藜科花粉为3%~10%。A/C值为5~30。>10μm的碳屑质量颗粒浓度约1 000粒/g。总孢粉质量颗粒浓度平均为15.5粒/g,与全剖面的平均水平相当。乔木花粉平均为0.355粒/g;草原成分植物花粉平均为13粒/g,蒿属花粉平均为10.23粒/g;荒漠成分植物花粉平均为2.15粒/g,藜科花粉平均为1.18粒/g。

图5 TR剖面孢粉质量颗粒浓度图Fig.5 Pollen concentration diagram of TR section

4.2 古植被古气候演化历史

41.4ka B.P.以前(1 050~1 000cm;带T1)浓度低的乔木花粉指示没有成片的树林发育,孢粉组合中蒿属花粉占据主导地位,其他的草本花粉较少,高的蒿属花粉指示蒿属植物占优势。岩性为黄土,>10μm碳屑浓度较低,说明气候湿润程度有限。蒿属花粉孢粉绝对浓度比其他带段都要低,其他类型花粉的孢粉绝对浓度也低,反映气候干旱。植被为蒿属植物占优势的荒漠草原。

41.400~40ka B.P.(1 000~800cm;带T2)

相应岩性为加积型古土壤,指示较好的气候状况(气候比较湿润),浓度低的乔木花粉意味着没有成片的树林发育,但是乔木花粉绝对孢粉浓度增加,指示邻近地区的森林植被可能相对茂盛。孢粉组合中蒿属花粉仍然占据主导地位,其他的草本花粉较少,指示蒿草草原景观。蒿属、菊科、蔷薇科、白刺属、藜科、唇形科、柽柳科花粉绝对浓度比上一带明显上升,指示气候变得相对湿润,>10μm碳屑浓度也略有增加。总体上气候相对湿润。

40~36ka B.P.(800~500cm;带T3) 乔木花粉浓度低意味着没有树林发育,孢粉组合中蒿属花粉仍然占据主导地位,其他的草本花粉较少,说明蒿属植物仍然占优势。蒿属花粉和藜科花粉绝对浓度比上一带下降,指示气候湿润程度有所下降,碳屑浓度略有减少,相应岩性为黄土,也说明气候趋于干旱。植被为蒿属植物占优势的荒漠草原。

36~33ka B.P.(500~250cm;带T4) 相应岩性为加积型古土壤,说明气候相对湿润,乔木花粉浓度低,意味着没有成片的树林,蒿属花粉颗粒分数达到最大值,藜科花粉颗粒分数低,A/C值较高,指示蒿草草原景观。蒿属花粉绝对浓度上升,白刺属、十字花科和柽柳科花粉绝对浓度也有所上升,总孢粉浓度高,说明气候湿润程度有所上升。>10μm碳屑浓度达到最高值,也反映气候相对湿润。

33~30ka B.P.(250~50cm;带T5) 相应岩性为黄土,乔木花粉浓度低意味着没有树林,蒿属花粉略有下降,但蒿属植物仍然占优势。A/C值下降,孢粉浓度总体比较高,但是波动剧烈,>10μm碳屑浓度也有所下降,总体而言,气候比上一带干旱一些。植被为蒿属植物占优势的荒漠草原。

30~28ka B.P.(50~0cm;带T6) 乔木花粉浓度低意味着没有树林,孢粉总浓度和碳屑浓度略有减少,但是蒿属花粉含量略有增加,仍然占据主导,指示蒿属植物仍然占优势,A/C值增加,指示气候湿润程度增加,沉积了一层薄的土壤而不是黄土,也说明环境有所好转。总体而言,气候比上一带轻微湿润,植被为蒿草草原。

5 结论

哈萨克斯坦南部Tramplin黄土-古土壤沉积剖面的孢粉分析揭示了中亚干旱区MIS3a阶段植被和气候演化历史:在整个MIS3a阶段,由于孢粉质量颗粒浓度很低(最大的孢粉质量颗粒浓度才50粒/g),说明研究区植被覆盖度一直很低,指示比较寒冷干旱的气候环境。具体分为6个阶段:41.4ka B.P.以前,植被为蒿属植物占优势的荒漠草原,气候干旱;41.4~40ka B.P.,植被为蒿草草原,气候湿润程度增加;40~36ka B.P.,植被为蒿属植物占优势的荒漠草原,气候湿润程度轻微下降;36~33 ka B.P.,植被为蒿草草原,气候湿润程度增加;33~30ka B.P.,植被为蒿属植物占优势的荒漠草原,湿润程度轻微下降;30~28ka B.P.,植被为蒿草草原,气候湿润程度轻微上升。

B.Aubekerov博士和Nigmatova Saida博士参与野外工作,在此表示感谢。

):

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