我国东北季风区第四纪气候演化研究进展*

詹 涛，周 鑫，张 俊，李 峨，张海燕，马永法

(1．黑龙江省第二水文地质工程地质勘察院;2．中国科学技术大学)

0 引言

第四纪是人类出现、演化的关键时期，并伴随着一系列重要的全球性气候事件，包括构造尺度的北极冰盖扩张全球变冷［1-2］、轨道尺度的中更新世转型［3］、以及千百年尺度的B～A暖期、YD 事件、8．2ka事件、4．2ka事件、中世纪暖期和小冰期［4］等气候突变事件，因而受到古气候学家的广泛关注．

东亚季风系统是全球气候系统的一个重要组成部分．以黄土记录［5-7］、海洋沉积记录［8］和古湖相沉积记录［9］对我国整个第四纪长尺度古季风气候、以石笋［10-12］、湖泊［13］和泥炭［14］等高分辨率记录对晚第四纪古季风气候已经开展大量研究，并取得丰硕成果．

我国东北季风区是全球纬度最高的季风区，受北极冰盖等高纬因素影响显著，是研究东亚季风系统对高低纬相互作用响应的理想地区．近年来，针对该区第四纪古气候变化的研究也相继开展．分析了近年来对我国东北季风区开展的第四纪研究工作，并重点对末次冰消期以来气候演化研究进行总结评价，最后针对研究现状提出今后东北季风区应加强的几项研究工作．

1 研究现状

我国东北季风区主要包括黑龙江、吉林、辽宁省和内蒙古自治区东部地区，地质记录主要分布于松辽平原和三江平原．

1．1 早第四纪

东北季风区早第四纪研究相对薄弱，主要为裘善文等针对松辽平原的钻孔开展的研究工作［15-16］．裘善文等对乾安令字井钻孔(0～112．5 m)［16］和大庆 7901 孔(0 ～ 140 m)［15］进行磁性地层、同位素年龄、孢粉和沉积相等研究，并对大安CAD01孔(0～70 m)［16］进行粒度分析、孢粉分析、古生物化石鉴定和古地磁年龄测试，结合乾安水字井［17］磁性地层研究，认为早更新世早期，松辽平原部分地区遭受流水的剥蚀，部分低平地区接受灰白色松散砂砾石层的薄层沉积，至更新世中、晚期和中更新世松嫩平原中心缓慢下沉，形成广大的湖盆，包括东、西辽河也流入湖盆，但在湖盆的东北方有一出口，即松花江从湖盆的东北流经依兰三姓、佳木斯流向三江平原［17］．

以上研究仅将松辽平原对第四纪以来的气候变化和构造运动的响应，进行构造尺度的划分，由于地层记录的定年及分辨率等问题，轨道和亚轨道尺度的变化并未探讨．

1．2 晚第四纪(末次冰盛期以来)

目前，东北地区的晚第四纪气候地质记录主要来自吉林龙岗火山群的二龙湾玛珥湖［18-24］、四海龙湾玛珥湖［25-33］和小龙湾玛珥湖［34-38］;内蒙古东部阿尔山的火山口湖月亮湖［39-40］;黑龙江省的五大连池［41］、镜泊湖［42］和兴凯湖［43-45］，以及小兴安岭和长白山等地的泥炭沉积物［46-50］．

末次冰消期是指末次冰盛期向全新世过渡的一个时期，在此期间气温快速回升，大陆冰川迅速消融，海平面快速上升，但温度回升过程并不稳定，呈波动式变化．欧洲湖泊沉积物的孢粉记录结果将这一时期气候变化分为三次相对冷期:老仙女木期(Oldest Dryas)、中仙女木期(Older Dryas)、新仙女木期(Younger Dryas)，二次相对暖期:博令暖期(Bølling interstadial)、阿勒罗德暖期(Allerød interstadial)．全新世指约一万年以来气候相对暖湿的时期．

Parplies等［31］依据四海龙湾沉积物的地球化学(TOC，TN，C/N比)和同位素记录(δ13Corg、15N)，将该区末次冰消期划分四个时期:14200 BP以前为冷干期;14200～12450 BP为温暖的适宜期;12450～11600 BP为更加冷干的时期;11600 BP以来为气候转暖期．Stebich等［32］依据四海龙湾沉积物的孢粉记录恢复该区的古植被演化，发现反演的气候变化与我国南方石笋记录以及冰芯记录的北大西洋气候很好对比，从而推断东亚季风区和北半球高纬气候通过大气候环流具有相关性．Schettler等［29］发展了生物硅沉积速率指标(F-bSiO2)反应降水的变化，结合地球化学、孢粉等气候指标，从而恢复15000～2000 BP东亚夏季风演化．

洪冰等［50］把哈尼泥炭纤维素碳同位素作为降水的替代指标，并结合四海龙湾玛珥湖孢粉记录［29］，提出在新仙女木时期我国东北降水增多东亚夏季风增强，与印度夏季风呈相反的演化模式，而这却引发广泛的争论［51-53］．洪业汤等［46］把哈尼泥炭炭纤维氧同位素作为温度的替代指标，发现反应的温度异常事件与北大西洋温度和浮冰事件有很好的对应性，同时结合降水替代指标［47］论述了东亚夏季风、印度夏季风系统与北半球高纬驱动因素、太阳活动等的可能动力联系．

1．3 ～2000 BP以来

～2000 BP以来包括中世纪暖期(MWP)和小冰期(LIA)等世纪尺度的气候事件，由于此时段地质记录较多而受到学术界普遍关注．

Mingram等［18］依据四海龙湾沉积物孢粉记录恢复了过去900年以来植被演化，并指出在“小冰期”时段，该区并没有像欧洲一样气候环境恶化．储国强等［34］依据小龙湾的有机碳同位素恢复该区1600年以来降水变化，并识别出5个干旱时期，与太阳活动显著相关，认为太阳活动可能是控制该区短尺度降水的主要因素;同年，又对四海龙湾和小龙湾1400年以来碎屑物含量和粒度进行分析，发现其能够反应历史尘暴的变化，并与青藏高原冰芯和历史记录很好的对比，中世纪暖期时段尘暴事件频发［35］．孙青等［36］对小龙湾长链烯酮碳同位素进行研究，发现其为该区有效降水的良好替代指标，并且高值对应PDO(Pacific Decadal Oscillation)暖期，而低值对应冷期，表明世纪尺度东北季风区近千年的夏季风降水可能受 PDO调控．近期，储国强等［38］对小龙湾微量元素含量进行测量，并对其进行主成分分析，发现生物成因溴元素能够反应区域降水变化，并与韩国干旱指标变化很好对应，谱分析表明该区1300年以来降水的变化可能与厄尔尼诺-南方涛动和太阳活动有关．

李杰等［24］根据二龙湾孢粉和炭屑记录恢复该区～1000年以来的植被演化和火的行为，发现中世纪暖期时段，孢粉含量和炭屑含量高，这可能表明高的生物量和冰雪覆盖少促使火的频发有关，小冰期时段情况则相反．旺罗等［22］对二龙湾1000年来藻类组合进行研究，浮游藻类含量峰值反应AD1150～1200时段为过去1000年最暖时期，浮游藻类含量降低反应AD1400～1800期间无冰季节缩短、温跃层变弱，可能为冷期，并指出中世纪暖期和21世纪季节模式有很大差别．

2 未来研究建议

(1)加强东北季风区早第四纪沉积地层钻探研究

古湖相沉积、黄土沉积等地质记录是研究早第四纪轨道、亚轨道气候演化的理想载体之一［5-7，8］．过去的研究认为早第四纪该区松嫩平原和三江平原曾经为古大湖存在［17］，为此未来选择合适地区进行第四纪沉积物钻探研究，为开展东北季风区轨道尺度第四纪古气候演化提供必要材料．

(2)加强东北季风区晚第四纪高分辨率湖泊沉积记录对比研究

前述依据东北季风区湖泊、泥炭等记录，对该区末次盛冰期以来气候演化进行了大量研究，并取得一系列成果，然而，精确年代高分辨率的记录主要集中在吉林龙岗火山群，更大范围的高分辨率、精确定年的沉积记录应加强研究．同时，已有记录间缺乏对比，不同指标和记录之间存在不一致［50-53］．应加强准确定年、高分辨率地质记录之间的对比研究，更为准确恢复该区气候演化特征，为探讨该区气候演化机制提供准确的数据支持．

(3)加强东北季风区记录与我国其他季风区记录对比研究

毛雪等［4］选取我国不同地区高分辨率地质记录，探讨了末次冰消期的时空演化特征，发现Younger Drys等主要气候事件在北方高纬度地区比南方低纬度地区、东部低海拔地区比西部高海拔地区表现更强烈，推测末次冰消期北半球千年尺度气候变化信号来自高纬度显著温度波动．冉敏等［57］综合我国全新世湿度变化指标，指出中国南部季风区受太阳辐射影响首先开始进入适宜期，而且北部适宜期持续时间较南方短，这表明东亚夏季风强度从早全新世逐渐向北传递，然后在晚全新世逐渐由北向南撤退．

可见，我国不同季风区末次冰盛期以来气候变化存在差异，东北季风区具有纬度高特点，受高纬因素控制明显，为此需开展该区与其他地区气候指标的对比研究，从而为更好理解高低纬因素对我国季风系统的影响机理提供必要参照．

(4)加强晚第四纪以来东北季风区气候演变的机制研究

气候变化机制的理解是人类应对气候灾害变化并采取应对方案的科学理论依据．然而，针对我国东北季风区气候演化机制的研究还相对较少，尤其针对我国东北季风区气候演化模型的工作还未开展．

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