柴达木盆地尕海湖全新世孢粉分析及植被覆盖度定量重建

摘要

为了深入理解全新世以来柴达木地区的气候和植被覆盖度变化过程以及夏季风强弱对该地区地影响变化幅度，查找可能存在的快速气候变化事件及其驱动机制，并预测该地区气候与环境的未来发展趋势，本文选取了位于东亚夏季风气候边缘区对季风响应的敏感地带进行钻孔第四纪环境研究，主要研究地点位于柴达木盆地的尕海湖DG-02钻孔(37.16413° N；97.55438°E；2849 m a.s.l.)，钻孔深度3407cm，经AMS和光释光测年获得钻孔岩芯的年代框架，底部年龄约为12.3cal kyr BP。本研究通过粒度、磁化率、孢粉、藻类等多学科综合分析，获取了一系列替代性环境参数，高分辨率地揭示了该区域环境变化的特征。
　　 本钻孔共做粒度分析382个样品，连续采样1078个磁化率数据，通过对本钻孔的磁化率和粒度分析得知：在12.3-11.2 cal kyr BP阶段，粒度参数变化大，磁化率在低值位波动，显示不稳定沉积环境；在11.2-7.4 cal kyr BP阶段为湖泊发展发育阶段，在11.2-9.4 cal kyr BP阶段，磁化率由低值迅速增大，然后缓慢下降，说明湖泊经过一个突变后，开始稳定沉积，是湖泊发展阶段的沉积；9.4-7.4cal kyr BP阶段，为本湖泊磁化率最小最稳定的阶段，是完全还原环境下稳定的深水湖沉积；在7.4-3.7cal kyr BP阶段磁化率值总体很低，但在发展过程中，有几次突变事件，是湖泊沼泽化阶段的沉积；在3.7-0 cal kyr BP阶段，粒度和磁化率波动的幅度和频率迅速增加，说明沉积环境发生了较大变化。
　　 首次在尕海湖进行了全新世孢粉研究，本岩芯共鉴定了64个种类，草本45种，木本19种，整个钻孔以草本花粉为主(67～100％)，证明了本钻孔区域在整个全新世时期不存在森林景观；孢粉分析中发现在9.4～7.4cal kyr BP含有大量淡水生活的盘星藻，根据盘星藻现代生活的环境认为，9.4cal kyr BP至7.4cal kyrBP尕海湖曾经为淡水深水湖，在9.4cal kyr BP之前是湖泊开始发育的阶段，在7.4～3.7cal kyr BP之间有大量的莎草科出现，莎草科植被主要生活在淡水或者微咸水中，此阶段湖面下降较快，大量的湖滨裸露出地表，形成湖泊沼泽化阶段，沼泽化阶段应为湖水稍咸的淡水湖期；在3.7-0cal kyr BP之间是湖泊萎缩阶段，湖水水面迅速下降，在3.7～2.6cal kyr BP之间是湖泊由淡水湖转向半咸水湖的过渡阶段，莎草科植被迅速减少，在2.6cal kyr BP左右湖水开始逐渐咸化。
　　 本文首次尝试进行了孢粉-覆盖度转换的研究，首先在中国范围内，通过花粉模拟的乔木覆盖度和MODIS观测的植被覆盖度数据进行对比，得到花粉所代表植被覆盖的最佳分辨率是21km×21km。在尕海周围小区域，通过花粉模拟的植被覆盖度和气候参数，与观测的植被覆盖度和气候参数进行对比：其乔木覆盖度之间的相关性为0.934，草本覆盖度之间的相关性是0.747，裸地之间的相关性为0.782，降水量之间的相关性为0.889，最热月气温之间的相关性是0.813和最冷月气温之间的相关性为0.718。将此模式应用到尕海11.2 cal kyr BP钻孔中，利用166个化石样品来重建气候和植被覆盖度，得到早全新世(11.2～7.4 cal kyrBP)降水较多，植被覆盖度较高，气温较低的冷湿阶段，中全新世(7.4～3.7cal kyrBP)气温较高，降水较少，植被覆盖度稍低的暖干阶段和晚全新世(3.7～0 cal kyrBP)气温稍微降低，降水稍有增加，植被覆盖度低的阶段。
　　 钻孔岩芯的多方法定量重建结果揭示出在～11.6 cal kyr BP、9.2 cal kyr BP、5.7cal kyr BP几个时间段发现快速的降温事件，其最热月气温降低，降水量和植被覆盖度突然增加。其中，～11.6 cal kyr BP的降温事件可能与全球普遍存在的YD事件有关。此外，在～4.7 cal kyr BP左右为气候增温期，而相应的降水量和植被覆盖度表现为降低的趋势。从湖泊演化方面，经历了淡水深水湖(9.4-7.4calkyr BP)、淡水或稍咸浅水湖期(7.4-3.7 cal kyr BP)、咸水湖(3.7 cal kyr BP-今)三个阶段，淡水湖泊的盘星藻和沼生的莎草科花粉消长过程清楚揭示了湖泊的演化过程。
　　 综合研究尕海钻孔结果证明，全新世时期的降水量变化的总体趋势和亚洲季风呈镜像对应，在中全新世时期气温比较高，降水量比较少，亚洲季风比较弱，所以本区域在此阶段并没有出现雨热同期的现象，各种替代性指标均显示中全新世暖干同期的气候模式，其驱动机制可能一定程度上与高纬度西风带影响有关。晚全新世3.7cal kyr BP以来，大量的山岳冰川持续融化，导致全新世以来雪线不断升高，湖泊水源的补给量变少，潜在蒸发量大，气候随之趋于干旱，湖面不断下降，大量含盐矿物析出，形成现在的盐湖。
　　 本文通过对尕海钻孔的多学科综合分析，揭示了尕海湖的沉积演化过程，及其周边地区的气候和植被覆盖度变化，其结果为理解该地区对全球变化的响应以及未来气候变化趋势提供了新的证据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第一节气候变化发展现状

第二节利用孢粉重建全新世古环境研究的进展

第三节干旱区及柴达木盆地全新世古环境研究现状

第四节选题意义与拟解决的科学问题

小结

第二章研究区概况与研究材料

第一节柴达木盆地地质和地貌环境

第二节柴达木盆地水文和气候

第三节柴达木盆地植被和土壤

第四节尕海地理位置及湖泊状况

第五节湖泊岩芯的钻取与岩性

第六节钻孔年代序列的建立

小结

第三章钻孔沉积物粒度

第一节粒度分析方法

第二节粒度分析参数

第三节粒度分析实验过程

第四节粒度分析结果

小结

第四章磁化率及其环境指示

第一节磁化率分析

第二节磁化率及其环境指示

小结

第五章钻孔孢粉分析

第一节孢粉分析方法

第二节孢粉分析结果

第三节孢粉带描述

第四节尕海钻孔的孢粉-气候定量重建

小结

第六章基于孢粉数据的植被覆盖度和气候重建

第一节MODIS植被覆盖度数据

第二节用于覆盖度估算的表土花粉数据库

第三节植被覆盖度数据预处理

第四节表土孢粉样点植被覆盖度的提取

第五节花粉对应的植被覆盖类型

第六节不同分辨率花粉模拟和观测植被覆盖度的对比

第七节柴达木盆地基于孢粉重建的植被覆盖度可信度检验

第八节尕海钻孔的植被覆盖度重建结果

第九节尕海周边地区覆盖度和气候的时空变化

小结

第七章尕海湖钻孔古环境记录的综合对比

第一节尕海钻孔综合参数对比

第二节尕海湖类YD事件及其它类似事件

第三节尕海气温重建和其他地区气温重建对比

第四节尕海湖与周围湖泊及冰芯的对比

第五节尕海湖气候变化形成机制分析

第六节尕海湖植被覆盖度变化和气温参数的相关性

第七节尕海湖DG-02和DG-03钻孔分析对比

小结

第八章结论与展望

第一节主要结论

第二节问题与展望

参考文献

在读期间发表论文及学习情况

致谢