第 33 卷 2013 年 3 月第 2 期第四纪研究 QUATERNARY SCIENCES Vol.33, No.2 March,2013 doi: /j.issn 文章编号 (2013) 末次盛冰期和

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1 第 33 卷 2013 年 3 月第 2 期第四纪研究 QUATERNARY SCIENCES Vol.33, No.2 March,2013 doi: /j.issn 文章编号 (2013) 末次盛冰期和全新世大暖期呼伦贝尔沙地的环境变化曾琳鹿化煜弋双文陈英勇朱芳莹 ( 南京大学地理与海洋科学学院地貌过程与环境实验室, 南京 ) 摘要呼伦贝尔沙地保存的风沙层 - 古土壤沉积序列, 是认识过去环境变化的重要地质记录沙地沉积具有速率快沉积与侵蚀并存的特点, 因此, 通过大量独立的光释光年代控制对不同的剖面进行拼接, 可以重建沙地在千年尺度上干湿变化过程以及特征时期的边界本文获得了呼伦贝尔沙地 8 个沉积剖面的 47 个光释光年代和近 200 个样品的环境代用指标数据, 结合已发表文献资料, 揭示了 16ka 以来呼伦贝尔沙地千年尺度的干湿变化, 并估算了末次盛冰期 (LGM) 和全新世大暖期 (HO) 沙地流沙的边界初步认为,LGM 期间, 呼伦贝尔沙地相对于现代沙带边界, 最远向北移动了约 60km, 向东移动了约 50km, 并且南北沙带之间的区域全部沙化 ;LGM 期间沙漠化面积达到 22337km 2, 相对现代沙漠化面积扩大了约 2 7 倍而在 HO 期间, 整个沙地被植被所固定, 发育砂质古土壤层, 只在局部区域存在短暂的风沙活动主题词末次盛冰期全新世大暖期呼伦贝尔沙地光释光空间格局中图分类号 P941 73,P ,P 文献标识码 A 中国北方典型的沙地处于东亚温带季风区的边缘, 主要为半干旱 - 半湿润气候, 其干湿变化对东亚夏季风的变化响应敏感北方沙地的固定和半固定沙丘中较多地保存着风沙层 - 古土壤的沉积, 是认识沙地过去环境变化的重要地质记录前人已经对这些沉积序列进行了较多的研究, 加深了我们对中国沙地环境变化过程的认识 [1~26] 近年来, 随着光释光年代测试技术的快速发展, 在测试最近 10 万年尤其是最近 5 万年以来的沙漠沙地样品中精度大大提高通过对提纯石英颗粒的释光信号的对比实验, 可以测试千年 - 百年时间尺度的样品, 年龄数据的误差可达到 5% [27,28] 因此, 在对中国北方沙地研究中, 光释光测年也开始得到了广泛运用并且, 通过独立的大量光释光年代可以对不同的剖面进行拼接, 这对重建北方沙地的干湿变化过程特征时期的沙地边界和解决沙地干湿变化的驱动机制提供了可能末次盛冰期 (LastGlacialMaximum, 简称 LGM) [29] 和全新世大暖期 (HoloceneOptimum, 简称 HO) [30] 是末次冰期以来的两个重要特征气候期, 期间的全球性降温 / 升温过程对地球各个环境子系统都产生了较大影响研究结果表明, 在这两个极端气候时期, 中国北方沙地环境发生了较大变化,LGM 表现为沙地活化和扩张, 而在 HO 期间则表现为沙地固定和收缩 [6] 因此, 重建这些时间段的地表环境对于理解气候动力变化和古气候模拟检验等, 具有重要的意义 [31,32] 呼伦贝尔沙地是我国优良的畜牧业基地, 但由于气候变化人类不合理的开发和利用草场, 导致风沙活动强烈植被退化严重根据 2006 年的遥感监测数据 [33], 呼伦贝尔沙地的沙漠化总面积为 km 2, 其中极重度沙化面积已经达到 km 2 除了人为因素, 呼伦贝尔沙地广泛分布的古风沙层是草原沙化的自然基础 [11,26] 因此, 沙地沉积中保留的古风沙活动信息对于认识呼伦贝尔现代沙漠化过程与指导人类生产活动具有重要的价值通过对沙地沉积的古土壤进行 14 C 测年和孢粉分析, 揭示了呼伦贝尔沙地在早全新世以来分别经历了 4 个阶段的逆转与活化过程 [34] 通过对 3 个风沙层 - 古土壤剖面的光释光测年表明, 呼伦贝尔沙地在约 11 0~4 4ka 之间沙丘主要处于固定状态, 发育古土壤 ; 在 4 4ka 之后气候总体变干, 沙丘活化, 但在约 1 8~1 4ka 约 1 2~1 0ka 和约第一作者简介 : 曾琳男 28 岁博士研究生自然地理学专业 E mail:zenglin86@yahoo.cn 中国科学院战略性先导科技专项项目 ( 批准号 : XDA ) 国家科技基础性工作专项项目 ( 批准号 :2006FY 和 2012FY111700) 和国家自然科学基金项目 ( 批准号 : 和 ) 共同资助收稿, 收修改稿通讯作者 : 鹿化煜 E mail:huayulu@nju.edu.cn

２４４第四０８４０５０ｋ之间分别形成了弱发育古土壤层１１２６纪研究２０１３年剖面进行采样获得独立的光释光年代和古气候代Ｙｎ和Ｄｎ利用１３个剖面的光释光测年结果用性指标重建沙地记录的干湿变化序列和特征时和环境代用指标重建了１８ｋ以来沙地的干湿变化期的扩张收缩幅度过程以

2 ２４４第四０８４０５０ｋ之间分别形成了弱发育古土壤层１１２６纪研究２０１３年剖面进行采样获得独立的光释光年代和古气候代Ｙｎ和Ｄｎ利用１３个剖面的光释光测年结果用性指标重建沙地记录的干湿变化序列和特征时和环境代用指标重建了１８ｋ以来沙地的干湿变化期的扩张收缩幅度过程以及ＬＧＭ期间的沙地边界认为沙地在ＬＧＭ期间的面积比现代沙带扩大了９倍然而从目前１研究区自然地理的研究结果来看由于沙地沉积的采样剖面和年代呼伦贝尔沙地位于大兴安岭以西的内蒙古高数据不足以及空间分布不均匀呼伦贝尔沙地的干原构造上属于海拉尔盆地图１和１ｂ盆地的湿变化过程和特征时期的沙地边界仍需要进一步检北东西三面主要为侏罗系火成岩构成的丘陵山地验因此本研究的主要任务是对呼伦贝尔沙地进南面为中蒙边界盆地内部地势相对平坦沉积了行拉网式考察和对具有清晰风沙层古土壤旋回的较厚的中新生代地层第四纪河湖相沉积一般达到图１呼伦贝尔区域地质图据１２５０万中国地质图ｈｐｄｎｐｐ２５０Ｗ和ｂ呼伦贝尔沙地现代沙漠化区域和采样点位置图Ｆ１ＴｈｎｍｐＨｕｕｎｂｕｄｕｎｄＤｂｎｄｍ１Ｍｐ!２５０００００ｇＣｈｎｗｈｈｖｂｎｎｈｐｄｎｐｐ２５０Ｗｎｄｂｍｄｎｄｎｎｄｍｐｎｎｈｕｕｎｂｕｄｕｎｄ

3 2 期曾琳等 : 末次盛冰期和全新世大暖期呼伦贝尔沙地的环境变化 ~45m [35] 晚更新世海拉尔组上部是一套主要以中砂细砂粉砂粘土为主的冲积湖积风积相沉积物, 粗砂和砾石含量很少, 很容易经风力搬运形成风成沙, 为呼伦贝尔沙地风蚀沙化的主要物源 [35~37] ( 图 1a) 现代风沙地貌发育的区域主要集中在伊敏河与乌尔逊河之间, 分为南北两大沙带北部沙带位于海拉尔河南岸, 分布比较集中 ; 而南部沙带主要由四块相对独立的沙化区域组成此外, 在呼伦湖东岸分布着连片的滨岸沙丘 ( 图 1b) 从大气环流来看, 本区气候主要受到东亚季风和西风的影响, 夏季西太平洋副热带高压西侧的暖湿气流与高纬地区的干冷气流交汇作用, 造成了全年绝大部分降水, 而冬季受强大的西伯利亚高压控制, 盛行西北风, 气候干冷多雪 [38] 气象观测资料表明 [39], 本区年平均气温 -1 0~2 2,1 月平均气温 -26~-29,7 月平均气温 20~21 ; 年降水量 250~430mm;5m/s 风速及以上的天数每年长达 140~240 天 ;4~5 月份超过 17 5m/s 的大风日数达 15 天, 常形成沙尘暴或浮尘天气 2 采样与测试对呼伦贝尔沙地进行了考察和采样, 发现由于风蚀作用破坏了草原景观, 形成了大量槽行和碟形风蚀坑, 吹扬的风沙在风蚀坑周围堆积形成了沙丘, 沙丘类型主要为固定半固定的蜂窝状沙丘灌丛沙堆和缓起伏的平沙地, 流动沙丘较少呼伦贝尔沙地的沙丘或风蚀坑中一般存在 2~3 层砂质古土壤, 个别剖面甚至能发现 5 层古土壤由于前人对呼伦贝尔沙地的光释光测年研究主要集中在北部沙带 [10,11,26], 而南部沙带的工作较少, 因此我们采样主要在南部沙带, 选择了 6 个代表性剖面采集光释光样品, 只在北部沙带采集了 2 个剖面 ( 图 1b), 它们分别是 :NMHD(47 75 N, E),NMHDB (47 98 N, E),GZEMD(48 34 N, E), AMGLB(48 28 N, E),XLBEX (48 16 N, E),TRGD(48 20 N, E),CGN(49 23 N, E) 和 CG(49 25 N, E) 这些风沙层- 古土壤剖面所处的地貌部位主要为风蚀坑风蚀残丘和固定沙丘, 一般为灰白色 / 灰黄色风沙层与灰色弱发育砂质土壤和灰黑色砂质古土壤互层, 质地以中细砂为主但在 AMGLB 剖面的下部有一层 20cm 厚的褐色砂质土壤层, 并在 CG 剖面的下部存在一层 150cm 厚的泥炭化砂质土壤层, 有机质含量高, 质地为细砂 ( 图 2) 对剖面进行野外观察和描述后, 选择层位比较连续的露头开始清理剖面, 剥离剖面表层 30~50cm 沉积物, 并在剖面底部挖掘探图 2 呼伦贝尔沙地研究剖面的地层光释光年代及磁化率和粒度变化 Fig 2 Thelithostratigraphy,OSLages,magneticsusceptibilityandgrainsizeofstudiedsectionsfrom HulunBuirdunefield

4 246 第四纪研究 2013 年坑, 尽量使下伏风沙层暴露出来然后, 用不锈钢管在风沙层与古土壤的界限附近采集光释光样品释光样品从剖面取出后, 立即用黑色塑料袋和胶带密封, 防止样品曝光和水分散失除 NMHDB 剖面在每个释光样位置采集一个粉末样外, 其余剖面按照 10cm 的间距采集了粉末样, 用于粒度和磁化率等环境代用指标的测试光释光年龄的等效剂量测试采用单片再生剂量法 (SAR) [40], 测试矿物为 90~150μm 的粗颗粒石英样品等效剂量的测试在南京大学光释光实验室 [41] 的 Ris TL/OSL DA 20C/D 全自动释光仪上完成的样品的铀钍钾含量的测定在中国原子能科学院采用中子活化法完成样品年剂量计算时采用样品采集时的含水量, 估计误差为 ±10% 宇宙射线的年剂量的计算采用 Prescot 和 Huton [42] 所提供的方法最后采用 Aitken [43] 提供的公式和参数为标准计算样品总共接受的年剂量测试结果见表 1 样品的粒度测试在 Malvern 公司生产的 Mastersizer2000 型激光粒度仪上完成, 采用了较为彻底的前处理方法 [44] 并在 BartingtonMS2 型磁化率仪上测量了所有样品的低频 (470Hz) 磁化率 3 结果与讨论 3 1 光释光测年揭示的呼伦贝尔沙地干湿变化过程从呼伦贝尔沙地的 8 个风沙层 - 古土壤剖面的粒度 (>63μm 的百分含量 ) 和质量磁化率变化曲线 ( 图 2) 可以看出, 在同一剖面, 风沙层的粒度偏粗磁化率值偏低, 而砂质土壤层粒度偏细, 磁化率偏高, 并且磁化率变化与粒度变化呈负相关这与野外观察的土壤颜色和土壤发育强度一致, 即土壤发育程度越强, 有机质含量越丰富, 其粒度越细, 而磁化率越高粒度和磁化率指标的变化本质上反映了沙地沉积物成壤作用的变化 [16,17,21] 当气候湿润的时候, 植被发育较好, 风沙活动减弱, 沙丘固定, 发育土壤, 积累有机质, 成壤作用生成的细颗粒物质以及植被捕获的粉尘使砂质土壤的磁化率增强, 而粒度变细因此, 呼伦贝尔沙地沉积物的风沙层 - 古土壤交替变化与沙地的干湿变化有关, 风沙层代表沙地干燥期沙丘活化阶段, 而古土壤层代表沙地湿润期沙丘固定阶段测年结果见表 1 和图 2 实测的 47 个光释光数据都是在确保样品释光信号未饱和沉积之前充分晒退的情况下, 经过多个样片平均计算得到的, 这样能够保证数据的准确度和可靠性从图 2 可以看出, 除 AMGLB 剖面以外, 其余所有剖面的光释光年龄与深度变化一致, 没有出现年龄倒置 AMGLB 剖面的第二层风沙层和第二层砂质土壤层顶部的年龄比第一层砂质土壤的年龄明显偏年轻, 可能与动物活动和植物根系扰动有关, 但这几个年龄很年轻 (<2ka), 不对本研究造成影响结果表明, 呼伦贝尔沙地风沙层 - 古土壤沉积序列的光释光年龄的变化范围为 15 42~0 06ka, 包含了末次冰消期和全新世因此, 通过拼接呼伦贝尔沙地不同位置采样点的释光测年结果, 并参照其他已经发表的数 [10,11,26] 据可建立较全面的沙地古气候记录从图 2 可以看出,16~13ka 期间, 剖面主要为风沙层, 指示呼伦贝尔沙地在末次冰消期早期气候冷干, 缺少植被覆盖, 以风沙活动为主 13~9ka, 砂质土壤层开始发育, 但同时也存在大量风沙层, 这反映了末次冰消期晚期到早全新世期间气候开始趋向湿润, 古土壤开始发育, 但沙地并未完全固定呼伦贝尔沙地在早全新世存在大量的风沙活动, 与北半球太阳辐射强度和东亚季风强度变化有差异, 这在中国北方其他沙地中同样存在 [16,22] 对这种现象的解释目前主要存在两种观点, 一种认为是东亚季风对太阳辐射驱动响应存在滞后 [16], 另外一种认为是由于早全新世的高温使沙地的可能蒸散量增加以及下沉气流增强, 从而造成气候干旱 [22] 9~4ka, 剖面中主要发育砂质土壤层, 并且这些砂质土壤层在整个剖面中颜色最黑磁化率值高 ( 图 2), 表明呼伦贝尔沙地在中全新世气候温暖湿润, 植被覆盖率高, 成壤作用强, 风沙活动十分有限 4ka 之后, 剖面中的风沙层开始增多, 同时, 也有砂质土壤层发育, 表明呼伦贝尔沙地在晚全新世气候趋干, 但总体仍然湿润, 沙地主要呈半固定状态 3 2 LGM 和 HO 呼伦贝尔沙地的空间变化推断释光测年表明 ( 图 2 和表 1) 呼伦贝尔沙地风沙层的最老年龄为 15 42ka, 剖面底部风沙层的年龄主要集中在 16~9ka 之间, 并未出现 LGM( 约 26~ 16ka) [29] 期间的风沙层, 这种现象在中国其他沙地中也同样存在 [16,17] 一种比较合理的解释是,LGM 的极端冷干气候导致呼伦贝尔沙地几乎完全活化, 并且可能一直持续到末次冰消期由于释光测年只能获得风成沙最后一次埋藏时的年龄, 持续的风沙活动使石英颗粒不断曝光, 不能累积释光信号, 直到沉积达到一定深度, 风沙层最后被砂质土壤所固定

5 2 期曾琳等 : 末次盛冰期和全新世大暖期呼伦贝尔沙地的环境变化 247 表 1 呼伦贝尔沙地风沙层 - 古土壤样品的光释光测年结果 Table1 TheOSLdatingagesforsamplesfrom thehulunbuirdunefield 采样点测试号样号深度 /cm 含水量 /% K /% U /ppm Th /ppm 等效剂量 /Gy 年剂量 /Gy ka -1 样片 / 个 Age /ka NJU877 HLBE 2 30cm ± ± ± ± ± ±0 07 NMHD NMHDB GZEMD AMGLB XLBEX TRGD CGN CG NJU938 HLBE 2 60cm ± ± ± ± ± ±0 16 NJU878 HLBE 2 95cm ± ± ± ± ± ±0 19 NJU939 HLBE 2 145cm ± ± ± ± ± ±0 27 NJU879 HLBE 3-10cm ± ± ± ± ± ±0 03 NJU940 HLBE 3 40cm ± ± ± ± ± ±0 06 NJU941 HLBE 3 210cm ± ± ± ± ± ±0 13 NJU880 HLBE 3 280cm ± ± ± ± ± ±0 45 NJU942 HLBE 3 330cm ± ± ± ± ± ±0 55 NJU881 HLBE 4-40cm ± ± ± ± ± ±0 07 NJU943 HLBE 4 70cm ± ± ± ± ± ±0 06 NJU882 HLBE 4 130cm ± ± ± ± ± ±0 80 NJU944 HLBE 4 150cm ± ± ± ± ± ±1 06 NJU945 HLBE 5-45cm ± ± ± ± ± ±0 01 NJU883 HLBE 5 170cm ± ± ± ± ± ±0 16 NJU946 HLBE 5 220cm ± ± ± ± ± ±0 01 NJU884 HLBE 5 250cm ± ± ± ± ± ±0 02 NJU947 HLBE 5 310cm ± ± ± ± ± ±0 46 NJU948 HLBE 5 340cm ± ± ± ± ± ±0 49 NJU885 HLBE 5 370cm ± ± ± ± ± ±0 60 NJU949 HLBE 5 400cm ± ± ± ± ± ±0 65 NJU886 HLBE 5 420cm ± ± ± ± ± ±0 71 NJU950 HLBE 5 470cm ± ± ± ± ± ±0 89 NJU951 HLBE 6-30cm ± ± ± ± ± ±0 00 NJU887 HLBE 6 80cm ± ± ± ± ± ±0 25 NJU952 HLBE 6 100cm ± ± ± ± ± ±0 37 NJU888 HLBE 6 120cm ± ± ± ± ± ±0 49 NJU953 HLBE 6 180cm ± ± ± ± ± ±0 70 NJU892 HLBE 8-90cm ± ± ± ± ± ±0 01 NJU959 HLBE 8 110cm ± ± ± ± ± ±0 03 NJU960 HLBE 8 135cm ± ± ± ± ± ±0 05 NJU893 HLBE 8 170cm ± ± ± ± ± ±0 24 NJU961 HLBE 8 230cm ± ± ± ± ± ±0 84 NJU895 HLBE 9-50cm ± ± ± ± ± ±0 03 NJU962 HLBE 9 65cm ± ± ± ± ± ±0 09 NJU896 HLBE 9 80cm ± ± ± ± ± ±0 89 NJU963 HLBE 9 110cm ± ± ± ± ± ±0 73 NJU965 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 03 NJU898 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 04 NJU966 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 04 NJU899 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 07 NJU967 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 05 NJU900 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 17 NJU968 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 17 NJU901 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 21 NJU969 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 79 NJU902 HLBE cm ± ± ± ± ± ±0 65

２４８第四纪研究２０１３年因此缺少年龄为ＬＧＭ时期的风沙层恰恰证明了当们推断海拉尔组是呼伦贝尔沙地风沙活动的主要物时沙地流沙广布沙丘活动风沙层不能固定的事源和场所在ＬＧＭ期间可能完全沙化形成了海拉实１０２６前人认为呼伦贝尔沙地的沙源主要来自海拉尔组３５３７通过野外

6 ２４８第四纪研究２０１３年因此缺少年龄为ＬＧＭ时期的风沙层恰恰证明了当们推断海拉尔组是呼伦贝尔沙地风沙活动的主要物时沙地流沙广布沙丘活动风沙层不能固定的事源和场所在ＬＧＭ期间可能完全沙化形成了海拉实１０２６前人认为呼伦贝尔沙地的沙源主要来自海拉尔组３５３７通过野外考察我们发现海拉尔组顶部存在大量的古风沙层古风沙层表面被全新世尔组上部的古风沙层可以用海拉尔组的分布范围来估算ＬＧＭ期间呼伦贝尔沙地的分布界限和面积海拉尔组的矢量图层通过ＡＧＩＳ软件从普遍发育的砂质土壤层所固定当土壤层受到破坏１２５０万中国地质图ｈｐｄｎ和风蚀古风沙层活化形成了现代风沙带而其他尚ｐ２５０Ｗ中提取图１和图３如果不考虑ｐ有土壤层保护的区域主要呈现草原景观古风沙层镶嵌在海拉尔组之间的河流湿地在ＬＧＭ期间的沙露头较少从图３可以看出１６９ｋ之间的风沙漠化状况计算得到的ＬＧＭ期间沙漠化面积为层空间分布与海拉尔组的范围大体一致因此我２２３３７ｋｍ２利用卫星遥感影像可以获得现代沙化图３１６９ｋ的风沙层剖面空间分布和推测的ＬＧＭ期间沙地范围以及９５ｋ的风沙层和砂质土壤剖面的空间分布ｂ图中的蓝色正方形风沙层和三角形砂质土壤表示实测剖面黄色的正方形和三角形为参考数据１０１１２６Ｆ３Ｍｐｈｗｎｈｎｎｎｄｄｄｎｈｐｄ１６９ｋｎｄｈｍｄｄｎｄｕｎｌｇｍｎｄｂｈｎｎｎｄｎｄｎｄｙｄｄｎｈｐｄ９５ｋｎｈｕｕｎｂｕｄｕｎｄｎｈｕｕｎｂｕｄｕｎｄＴｈｂｕｄｑｕｎｄｎｎｄｈｐｎｖｄｎｈｕｄｙｈｙｗｎｍｐｖｕｈ１０１１２６

7 2 期曾琳等 : 末次盛冰期和全新世大暖期呼伦贝尔沙地的环境变化 249 区域的边界和面积由于呼伦贝尔沙地的现代沙化区域不仅存在风蚀坑流动沙丘固定和半固定沙丘, 而且在这些风蚀坑和沙丘之间存在大量湖泊和斑块状草地, 因此, 我们在确定现代沙地边界时, 对总体呈沙化状态的区域视为均一的沙化带通过 2010 年的 TM 影像监督分类获得的现代沙地边界 ( 图 1b) 计算后得到的面积为 6005km 2 最后, 利用 GIS 的空间分析, 得到了呼伦贝尔沙地在 LGM 期间的空间变化如图 3a 所示,LGM 期间呼伦贝尔沙地向北扩大到海拉尔河北岸和额尔古纳河右岸, 相对现代风沙带, 最远移动了约 60km; 向东伸向伊敏河右岸, 最远移动了约 50km; 南北沙带之间的区域几乎全部沙化 ; 南向和西向的范围变化不大 ;LGM 期间沙漠化总面积达到 22337km 2, 相对现代沙漠化面积 6005km 2 扩大了约 2 7 倍但这些结果需要更多剖面的光释光数据支持, 特别是获得尚未沙化草原下面的古风沙层年龄综合近年来对中国北方沙地的研究, 我们把 HO 的时间定为 9~5ka 在 HO 期间, 呼伦贝尔沙地广泛发育了砂质土壤层从图 3b 所示的 HO 期间呼伦贝尔沙地的风沙层砂质土壤分布可以看出, 砂质土壤在东 - 西向和南 - 北向上都有广泛分布, 而同期的风沙层数量很少因此, 认为在 HO 期间, 呼伦贝尔的沙地各个部分逐步都被植被固定, 只在局部区域存在短暂的风沙活动, 例如,XLBEX 剖面在年龄为 4 44ka 和 8 66ka 的砂质土壤层之间存在一层年龄为 7 23ka 的风沙层 4 结论通过对呼伦贝尔沙地 8 个代表性风沙层 - 砂质土壤层的 47 个光释光测年数据, 并结合已发表的资料, 揭示了 16ka 以来呼伦贝尔沙地的干湿变化过程, 并估算了两个重要的古气候时期 LGM 和 HO 的沙地流沙变化范围初步结论为,LGM 期间呼伦贝尔沙地风沙活动强烈, 沙漠化面积扩大, 最远向北移动了约 60km, 向东移动了约 50km, 南北沙带之间的区域几乎全部沙化, 南向和西向的范围变化不大 ; LGM 期间沙漠化总面积达到 22337km 2, 相对现代沙漠化面积扩大了约 2 7 倍而在 HO 期间, 整个沙地被植被固定, 发育砂质古土壤层, 只在局部区域存在短暂的风沙活动致谢野外和实验过程中得到了于名召雷窻东丽娜杨传彬的帮助, 在此深表谢意参考文献 (References) 1 董光荣, 李保生, 高尚玉等. 鄂尔多斯高原第四纪古风成沙的发现及其意义. 科学通报,1983,28(16):998~1001 DongGuangrong,LiBaosheng,GaoShangyuetal.Thediscoveryof QuaternaryaeoliansandontheOrdosPlateauanditsimplication. ChineseScienceBuletin,1983,28(16):998~ 董光荣, 金炯, 高尚玉等. 晚更新世以来我国北方沙漠地区的气候变化. 第四纪研究,1990,(3):213~222 DongGuangrong,JinJiong,GaoShangyuetal.Climaticchanges sincethelatepleistoceneindesertsofnorthernchina.quaternary Sciences,1990,(3):213~222 3 董光荣. 中国沙漠形成演化气候变化与沙漠化研究. 北京 : 海洋出版社, ~150 DongGuangrong.Studieson Deserts Formation and Evolution, ClimateChangesandDesertificationinChina.Beijing:ChinaOcean Pres, ~150 4 裘善文, 李取生, 夏玉梅. 东北平原西部沙地古土壤与全新世环境变迁. 第四纪研究,1992,(3):224~232 QiuShanwen,LiQusheng,XiaYumei.Palaeosolsofsandylandsand environmentalchangesin thewestern plain ofnorth EastChina duringholocene.quaternarysciences,1992,(3):224~232 5 孙继敏, 丁仲礼, 刘东生等. 末次间冰期以来沙漠 - 黄土边界带的环境演变. 第四纪研究,1995,(2):117~122 SunJimin,DingZhongli,LiuTungshengetal.Environmentalchange inthedesert loestransitionalzoneofnorthchinasincebeginningof thelastinterglacial.quaternarysciences,1995,(2):117~122 6 SunJimin,DingZhongli,LiuTungsheng.Desertdistributionsduring theglacialmaximum and climaticoptimum: ExampleofChina. Episodes,1998,21(1):28~31 7 SunJM.Originofeoliansandmobilizationduringthepast2300 yearsinthemuusdesert,china.quaternaryresearch,2000,53 (1):73~88 8 SunJM,LiSH,HanPetal.Holoceneenvironmentalchangesin thecentralinnermongolia,based on single aliquot quartzoptical datingand multi proxy study ofdune sands.palaeogeography, Palaeoclimatology,Palaeoecology,2006,233(1~2):51~62 9 GuoZT,Petit MaireN,Kr pelins.holocenenon orbitalclimatic eventsin present dayarid areasofnorthern Africaand China. GlobalandPlanetaryChange,2000,26(1~3):97~ LiSH,SunJM,ZhaoH.Opticaldatingofdunesandsin the northeasterndesertsofchina.palaeogeography,palaeoclimatology, Palaeoecology,2002,181(4):419~ LiSH,SunJM.OpticaldatingofHolocenedunesandsfrom the HulunBuirdesert,NorthEasternChina.TheHolocene,2006,16 (3):457~ 高尚玉, 王贵勇, 哈斯等. 末次冰期以来中国季风区西北边缘沙漠演化研究. 第四纪研究,2001,21(1):66~71 GaoShangyu,WangGuiyong,HaSietal.A casestudyondesert evolutioninthenorthwesternfringeofmonsoonarea,chinasincethe lastglacialepoch.quaternarysciences,2001,21(1):66~71 13 靳鹤龄, 苏志珠, 孙良英等. 浑善达克沙地全新世气候变化. 科学通报,2004,49(15),1532~1536

8 250 第四纪研究 2013 年 JinHeling,SuZhizhu,SunLiangyingetal.Holoceneclimaticchange inhunshandakedesert.chinesesciencebuletin,2004,49(15), 1532~ 王涛. 中国沙漠与沙漠化. 石家庄 : 河北科技出版社, WangTao.DesertandEolianDesertificationinChina.Shijiazhuang: HebeiScienceandTechnologyPress, DingZL,DerbyshireE,YangS L etal.stepwiseexpansion of desertenvironmentacrossnorthernchinainthepast3 5Maand implicationsformonsoon evolution.earth and Planetary Science Leters,2005,237(1~2):45~55 16 LuH Y,MiaoXD,ZhouYLetal.LateQuaternaryAeolianactivity inthemuusandotindagdunefields(northchina)andlagged responsetoinsolationforcing.geophysicalresearchleters,2005, 32:L LuH Y,MasonJA,StevensTetal.Responseofsurfaceprocesses toclimaticchangeinthedunefieldsandloessplateau ofnorth Chinaduring the Late Quaternary.Earth SurfaceProcesesand Landforms,2011,36(12):1590~ LuHY,ZhouY L,LiuW G etal.organicstablecarbonisotopic compositionrevealslatequaternaryvegetationchangesinthedune fieldsofnorthernchina.quaternaryresearch,2012,77(3):433~ 鹿化煜, 周亚利,MasonJA 等. 中国北方晚第四纪气候变化的沙漠与黄土以光释光年代为基础的直接对比. 第四纪研究, 2006,26(6):888~894 LuHuayu,ZhouYali,MasonJA etal.latequaternaryclimatic changesinnorthernchina Newevidencesfrom sanddunesand loessrecordsbased on opticalystimulated luminescencedating. QuaternarySciences,2006,26(6):888~ ZhouYL,LuH Y,MasonJetal.Opticalystimulatedluminescence datingofaeoliansandintheotindagdunefieldandholoceneclimate change.scienceinchina(seriesd),2008,51(6):837~ ZhouYL,LuH Y,ZhangJFetal.Luminescencedatingofsand loesssequencesandresponseofmuusandotindagsand fields (NorthChina)toclimaticchanges.JournalofQuaternarySciences, 2009,24(4),336~ MasonJA,LuH Y,ZhouY Letal.Dunemobilityandaridityat thedesertmargin ofnorthern Chinaatatimeofpeak monsoon strength.geology,2009,37(10):947~ 何忠, 周杰, 赖忠平等. 石英光释光测年揭示的晚第四纪毛乌素沙地演化. 第四纪研究,2009,29(4):744~754 HeZhong,ZhouJie,LaiZhongpingetal.LatePleistocenesanddune develomentandclimaticchangesinthemuusdesert,chinabasedon luminescencedating.quaternarysciences,2009,29(4):744~ 马冀, 岳乐平, 杨利荣等. 毛乌素沙漠东南缘全新世剖面光释光年代及古气候意义. 第四纪研究,2011,31(1):120~129 MaJi,YueLeping,YangLirongetal.OSL datingofholocene sequenceandpalaeoclimatechangerecordinsoutheasternmarginof MuUsdesert,North China.QuaternarySciences,2011,31(1): 120~ 张小艳, 周亚利, 庞奖励等. 光释光测年揭示浑善达克沙地中世纪暖期和小冰期环境变迁与人类活动的关系. 第四纪研究, 2012,32(3):535~546 ZhangXiaoyan,Zhou Yali,Pang Jianglietal.The relationship betweenenvironmentalchangesand human activitiesduring the medievalwarm periodandthelitleiceageinotindagsandlandby OSLdating.QuaternarySciences,2012,32(3):535~ YangLR,DingZ L.Expansion and contraction ofhulun Buir dunefield in North Eastern China in the lastlate glacialand HoloceneasrevealedbyOSLdating.EnvironmentalEarthSciences, 2013(inpres) 27 WintleAG,MurayA S.A review ofquartzopticaly stimulated luminescencecharacteristics and theirrelevance in single aliquot regenerationprotocols.radiationmeasurements,2006,41(4):369~ RobertsH M.Thedevelopmentand application ofluminescence datingtoloessdeposits: A perspectiveon thepast,presentand future.boreas,2008,37(4):487~ ClarkPU,DykeAS,ShakunJDetal.TheLastGlacialMaximum. Science,2009,325:710~ SarntheinM.Sanddesertsduringtheglacialmaximum andclimatic optimum.nature,1978,272:43~46 31 BushABG,RokoshD,RuterNW etal.desertmarginsnearthe ChineseLoessPlateau duringthemid Holoceneand atthelast GlacialMaximum: A model data intercomparison. Global and PlanetaryChange,2002,32(4):361~ Timm O,TimmermannA,DeCarlo1SH.User friendlydataportal providesaccesstoatransientpaleoclimatesimulationcoveringthe last21kyr.pagesnews,2009,17(1):4~5 33 GuoJ,WangT,XueXetal.Monitoringaeoliandesertificationproces in Hulunbir grasland during 1975 ~ 2006, Northern China. EnvironmentalMonitoringandAsesment,2010,166(1~4):563~ 汪佩芳. 全新世呼伦贝尔沙地环境演变的初步研究. 中国沙漠, 1992,12(4):13~19 WangPeifang.Preliminarystudyontheenvironmentalchangesof HulunBuirsandylandsinceHolocene.JournalofDesertResearch, 1992,12(4):13~19 35 裘善文. 中国东北西部沙地与沙漠化. 北京 : 科学出版社, Qiu Shanwen.The Deserts and Desertification in Northeastern China.Beijing:SciencePres, 内蒙古自治区地质矿产局. 内蒙古区域地质志. 北京 : 地质出版社, Bureau of Geology and Mineral Resources of Inner Mongolia AutonomousRegion.RegionalGeologyofInnerMongoliaAutonomous Region.Beijing:GeologicalPublishingHouse, 张德平, 冯宗炜, 王效科等. 呼伦贝尔草原风蚀沙化的机理研究成果综述. 中国沙漠,2006,26(2):300~306 ZhangA MunkhDalai,FengZhongwei,WangXiaokeetal.Reviewon research ofdesertification mechanism in Hulun Buirgrassland, China.JournalofDesertResearch,2006,26(2):300~ WenRL,XiaoJL,ChangZG etal.holoceneclimatechangesin themid high latitude monsoonmarginreflectedbythepolenrecord from Hulun Lake,north eastern Inner Mongolia.Quaternary Research,2010,73(2):293~ 金会军, 常晓丽, 郭东信等. 呼伦贝尔高平原全新世早晚期沙土楔及其古气候环境意义. 第四纪研究,2011,31(5):765~779 JinHuijun,ChangXiaoli,GuoDongxinetal.Holocenesandandsoil wedgesonthesouth centralhulunbuirhighplaininnortheast

9 2 期曾琳等 : 末次盛冰期和全新世大暖期呼伦贝尔沙地的环境变化 251 China.QuaternarySciences,2011,31(5):765~ MurayAS,WintleA G.Luminescencedatingofquartzusingan improved single aliquot regenerative dose protocol. Radiation Measurements,2000,32(1):57~73 41 B ter JensenL,MejdahlV,Muray A S.New lighton OSL. QuaternaryGeochronology,1999,18(2):303~ PrescotJR,HutonJT.Cosmicraycontributiontodoseratesfor luminescenceand ESR dating: Largedepthsand long term time variations.radiationmeasurements,1994,23(2~3):497~ AitkenM J. An Introduction to OpticalDating.Oxford: Oxford UniversityPress,1998 7~47 44 鹿化煜, 安芷生. 前处理方法对黄土沉积物粒度测量影响的实验研究. 科学通报,1997,42(23):2535~2538 Lu Huayu,An Zhisheng.Pretreated methods on loess palaeosol samplesgranulometry.chinesesciencebuletin,1997,42(23): 2535~2538 ENVIRONMENTALCHANGESOFHULUN BUIR DUNEFIELD IN NORTHEASTERN CHINA DURING THELASTGLACIALMAXIMUM AND HOLOCENEOPTIMUM ZengLin LuHuayu YiShuangwen ChenYingyong ZhuFangying (LaboratoryofEarthSurfaceProcesandEnvironment,SchoolofGeographicandOceanographicSciences,NanjingUniversity,Nanjing210093) Abstract HulunBuirdunefieldislocatedatthenorthwestborderofEastAsianmonsoonareainNortheasternChina, wheretheenvironmentissensitiveresponsetoadvanceandretreatofthemonsoonprecipitationbeltduringlate Quaternary.ModernactiveduneareaissituatedinthenorthernandsouthernpartoftheHailarBasin;theother areasaregrasslandcover.thedominantaeolianlandform typesarethestabilizedandsemi stabilizedsanddunes, blowouts,sandsheetsandshrub coppicedunes.theprairieinhulunbuirregionisoneofthemostimportant stockbreedingbasesin China,butthevegetation degeneration and desertification hasbecomethemain eco environmentalproblem.recentresearcheshaveshowedthatthemodernaeolianlandform inhulunbuirdunefield formedunderjointaction ofnaturaland human impacts.therefore,in ordertobeterunderstand thenatural backgroundofdesertification and toguidetheproduction activitiesoflocalpeople,toreconstructtheaeolian environmentchangeduringthecharacteristicpaleoclimateperiodoflastglacialmaximum(lgm)andholocene Optimum(HO)hasimportantscientificandsocialvalues.Thedepositionsequencesofaeoliansandbedsandsandy plaeosolsinhunlunbuirdunefieldareimportantgeologicalarchiveofpastenvironmentalchanges.aeoliansand bedsoftenlacktheorganicmaterindicatingactivesandtransportwithlimitedvegetationcover.thepaleosols representweter conditions with much les aeolian activity.with the developmentofopticaly stimulated luminescencedatinginrecentyears,ithasprovidedtheposibilityofdatingtheaeoliansandbedsdirectly,which aredificulttobedatedbyradiocarbondatingbecauseoftheirloworganiccarboncontent. Wehadexploredthedunefieldandtookthesamplesfromeighttypicalsand paleosolsections.inthisstudy,47 OSLageswereobtainedandnearly200bulksamplesweremeasuredforgrain sizeandmagneticsusceptibilityas theenvironmentalproxies.theequivalentdoses(d e )weredeterminedbythesinglealiquotregeneration(sar) protocolusingthepurifiedquartzgrains(90~150μm).combinedwithpreviouslypublisheddata,itrevealswet dry variationsinhulunbuirdunefieldsince16kaandthedesertificationareaduringthelgm andho.ourpreliminary conclusionsarethatthehulun Buirdunefield wasalmostcompletelydesertificated duringthelgm,and the boundaryofdesertificated areaextended about60km northward and50km eastward compared tothemodern boundaries,respectively;thetotaldesertificatedareareachedatabout22 337km 2 anditis3 7timesthanthe moderndesertificatedarea.themobilesandduneswerenearlycompletelystabilizedduringtheho,therewasonly localshort livedaeolianactivityexistedinthattime.however,thesepreliminaryconclusionsneedbetestedbymore OSLagesfrom theburiedsandbedsandpalaeosolsinthissandfieldwherethedesertificationisstildeveloping. Keywords LastGlacialMaximum,Holocene Optimum,Hulun Buir dunefield,opticaly stimulated luminescence,extentofdesertificatedarea

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% % & ! 王萍蒋汉朝 # 袁道阳 # 刘兴旺! # % % & & ( & ( ) & ( & (!! # 556 第四纪图 2 兰州沙井驿 ( a) 穿越阶地的数字高程横剖面 1. 黄土 ( 黄土状土 ) ( b) 阶地剖面照片 2. 粉砂质粘土研究 2008年级阶地综合地层剖面 ( c) 地层层序与年龄 3. 粉砂质粘土 4. 粉细砂 ( d) 剖面中段 ( 1. 7~ 13. 7m

第 33 卷 2013 年 3 月 第 2 期 第四纪研究 QUATERNARY SCIENCES Vol.33, No.2 March,2013 doi: /j.issn 文章编号 (2013) 末次盛冰期和

第 33 卷 2013 年 3 月第 2 期第四纪研究 QUATERNARY SCIENCES Vol.33, No.2 March,2013 doi: /j.issn 文章编号 (2013) 末次盛冰期和