【摘要】：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)動機制的重要方面。自20世紀以來,由自然和人為原因所導致的環(huán)境氣候事件日益增多,其影響因素復雜,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致的不同類型的氣候環(huán)境事件進行深入研究,是理解事件發(fā)生機制的有效途徑。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,也是為了能夠更好地“以古論今”,并為分析和預測未來氣候環(huán)境條件的變化特征提供必要的科學依據(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(210Pb、137Cs、光釋光定年、AMS14C定年等)、粘土礦物礦相學(定性和半定量分析方法)、孢粉學、元素地球化學和粒度等多種指標的研究和分析方法,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,為更好地預測未來提供科學基礎。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 泥裂是一種常見的地層構造,一般常常被應用于地質(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)境特征進行深入研究。特別是對于泥裂構造的年代學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行的詳細研究見諸報道。 本文對位于浙江舟山朱家尖島海灘泥上的泥裂構造進行了包括年代學、孢粉學、粘土礦物礦相學和元素地球化學等多指標的分析,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)境指標特征進行了對比分析。 研究結果表明,朱家尖島所發(fā)育的泥裂構造并非是多次沉積環(huán)境干濕交替的結果,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31.2-30.4cal ka B.P.期間。不同環(huán)境替代性指標的研究結果表明,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造對應于一次大規(guī)模的氣候快速變冷事件,反映了當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)發(fā)生的重大變化。對比鄰近區(qū)域其它研究載體的結果發(fā)現(xiàn),浙江朱家尖島的泥裂構造是Heinrich3事件在研究區(qū)域的反映和直接的景觀證據(jù)。 泥裂構造為研究第四紀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)機制和發(fā)生規(guī)律提供科學依據(jù),但環(huán)境載體的不同指標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合適的指標。 本文對位于中國北黃海西部泥質(zhì)沉積中的沉積柱38002進行了年代學(210Pb、137Cs(?)旨標)、粒度和元素地球化學指標(包括Pb、Hg等)的測定和分析,并綜合前人的研究結果和歷史文獻記錄,對沉積柱不同指標特征所指示的氣候環(huán)境事件進行了分析和集中討論。 年代學測試結果表明,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1755-2009AD,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沉積柱中不同指標的分析結果表明,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)、有機指標(TOC、TN和TOC/TN)和其它部分元素指標(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(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指標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。這類事件擁有明確的時間特征和標志性的指標變化特征,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標尺有潛在的應用價值。 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地區(qū)煤礦開采區(qū)、機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,進行了銻(Sb)元素含量的測定。并綜合前人的研究結果,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)境材料中的分布進行了集中討論。 結果表明,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),本地煤層的暴露風化過程不會引起表層土壤和苔蘚中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,其結果遠低于土壤中Sb的環(huán)境容量,不會對當?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?shù)靥μ\中Sb含量的參考值為0.108mg/kg。與表層土壤相比,地形和風向等自然因素對于Sb在苔蘚植被中的表達影響更顯著。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LOI550℃c在內(nèi)的元素地球化學指標的綜合測試,并對比本文和其他研究者對不同沉積端元的指標分析結果,集中討論了污染元素在該泥炭剖面中的表達過程。 分析結果表明,泥炭剖面的主要沉積端元包括研究地區(qū)的沉積風化產(chǎn)物,當?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,因此在用于年代學判斷時,需要先對相應指標進行校正。 元素指標的統(tǒng)計學分析結果表明,沉積剖面中Hg、Pb、Sb等元素在BI沉積中的表達源自不同的途徑。其中Hg、Pb的含量變化受到了主要反映當?shù)睾ｘB等種群數(shù)量變化的因子控制,因此認為,Hg、Pb等元素受海鳥類動物的活動影響程度較大,其主要輸入可能來自于研究地區(qū)的海鳥糞(通過生物富集)；而Sb的含量受到了主要反映當?shù)靥μ\等植被沉積端元比例的因子控制,表明Sb等元素受當?shù)靥μ\植被沉積影響較大,其輸入的主要來源可能源自于苔蘚植被的大氣吸收過程。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X16

【參考文獻】

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本文編號：2627361