大同盆地晚更新世以來氣候變化

楊宗園　蘇志珠

摘 要：為了更好地了解大同盆地過去氣候的變化過程，找出其氣候變化規(guī)律，預(yù)測未來氣候變化趨勢，更好地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本研究通過對(duì)沉積剖面地層的觀察與樣品的測年，運(yùn)用磁化率和粒度指標(biāo)，恢復(fù)了大同盆地晚更新世以來的氣候變化：整體呈現(xiàn)出“暖濕一冷干一暖干”的氣候旋回特征，分為上更新世許家窯組暖濕期、馬蘭組干冷期及全新世暖干期，并且氣候有逐漸干旱化趨勢。部分學(xué)者對(duì)近些年降水與氣溫變化的研究以及未來氣候趨勢的預(yù)測，更證實(shí)了這一結(jié)論的合理性?？傊?，大同盆地晚更新世以來氣候總體呈干旱化趨勢，此結(jié)論將為本區(qū)干旱化農(nóng)業(yè)發(fā)展政策的制定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大同盆地；晚更新世；氣候變化；干旱

中圖分類號(hào)：K903

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

論文編號(hào)：cjas15010007

0 引言

認(rèn)識(shí)過去的氣候是為了更好地了解現(xiàn)在和預(yù)測未來的氣候變化，研究某地區(qū)過去的氣溫和降水變化是重建過去氣候特征的關(guān)鍵。大同盆地處于季風(fēng)邊緣區(qū)，對(duì)季風(fēng)的強(qiáng)弱變化非常敏感，是研究氣候變化的理想?yún)^(qū)域；盆地中地層沉積特征連續(xù)，能很好地反映過去氣候的變化過程。通過研究大同盆地過去氣候變化，分析氣候變化成因，能更好地了解現(xiàn)階段的氣候特征并預(yù)測未來的氣候變化趨勢，為本區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面提供重要依據(jù)。

近年來，大同盆地的氣候變化逐漸引起學(xué)者們的關(guān)注，并且已經(jīng)做了一些研究。如關(guān)于盆地中桑干河河流階地的研究、大同火山的研究、盆地中地下水和沉積物化學(xué)元素變化等。通過這些研究，反映了大同盆地過去經(jīng)歷的一些氣候變化事件。還有一些研究是通過對(duì)近些年大同地區(qū)氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，反映現(xiàn)階段氣候特征，預(yù)測未來氣候變化的趨勢。

在這些研究中，能夠較連續(xù)地反映過去氣候變化過程的文獻(xiàn)不多，其中范淑賢等運(yùn)用孢粉指標(biāo)對(duì)本區(qū)氣候的研究還是比較具有代表性的，但是能較好地連續(xù)性地反映本區(qū)氣候變化過程的研究仍較薄弱。因此，本研究將通過測年技術(shù)的運(yùn)用、氣候代用指標(biāo)的分析，并結(jié)合過去學(xué)者們對(duì)地層的對(duì)比研究，反映本區(qū)晚更新世以來的氣候變化過程，以期豐富和完善對(duì)本區(qū)晚更新世氣候變化的研究，預(yù)測盆地未來氣候變化趨勢，更好地為與人類密切相關(guān)的農(nóng)業(yè)牛產(chǎn)的發(fā)展方向提供依據(jù)。

1 大同盆地的自然概況

大同盆地位于山西省北部，為北東向展布的半封閉盆地，盆地北、西、南三面環(huán)山，東面與陽原盆地相通。盆地內(nèi)豐干河流桑干河屬海河水系，白西向東穿過本區(qū)流入陽原盆地（見圖1）。盆地處于東亞季風(fēng)氣候的邊緣，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，為半濕潤氣候向半干旱氣候過渡。

2 大同盆地晚更新世地層

之前有學(xué)者對(duì)本區(qū)地層有研究（見表1、圖2），本研究根據(jù)對(duì)重點(diǎn)剖面的觀察和區(qū)域?qū)Ρ?，將本區(qū)晚更新世地層自下而上劃分為：上更新統(tǒng)一許家窯組、馬蘭組、峙峪組；全新統(tǒng)。

許家窯組（Q3X）地層廣布于大同盆地內(nèi)部及其邊山地帶，在桑干河、南洋河及其豐要支流兩岸常見出露，通常組成其三級(jí)階地剖面的中下部和二級(jí)階地的下部。巖性豐要為灰黃、棕黃及灰褐色的亞砂土、亞粘土、粘土及砂層、砂礫層或礫石層，在盆地中常夾有灰綠層。本地層最具代表性的是許家窯遺址剖面，古化石鈾系法測年約10萬年。在虎頭梁剖面相似地層中，發(fā)現(xiàn)的疊層石的ESR測年結(jié)果為（9.3～12.31萬年。

馬蘭組（Q3m）地層分布于邊山地帶的梁坡之上，巖性為馬蘭黃土，為灰黃色亞砂土，明顯具垂直節(jié)理。東咀剖面和分水嶺剖面頂部以及大道坡和洞溝剖面頂部皆有馬蘭黃土沉積，黃土底部測年約7萬年，頂部約為l萬年。本組地層年齡下界可對(duì)應(yīng)薩拉烏蘇地層中的城川組。

峙峪組（Q3S）地層分布較廣，基本組成桑干河和南洋河水系的二級(jí)階地剖面的全部堆積。巖性為灰黃、淺棕、棕黃色的亞粘土、亞砂土與礫層、砂礫層或礫石層，間夾灰綠層。峙峪遺址文化層中發(fā)現(xiàn)的王氏水牛骨化石14C測年結(jié)果為28945+1370年。

全新統(tǒng)（Q4）地層豐要分布于大同盆地底部以及邊山地區(qū)，通常多組成現(xiàn)代河床，河漫灘以及階地堆積，巖性豐要是砂層、砂礫層和礫石層。典型剖面為陽高縣東水頭剖面。

3 大同盆地晚更新世以來氣候變化

本研究采樣剖面位于盆地東南部，處于河流交匯的三角洲地帶。剖面厚度4.6 m，在剖面0.4 m和1.6 m處采用ESR測年結(jié)果分別是7.1萬年、13.8萬年，結(jié)合許家窯組和馬蘭組巖性特征，可以推斷剖面1.6m處自下而上是上更新統(tǒng)許家窯組和馬蘭組地層，下伏中更新統(tǒng)晚期湖相沉積，本研究重點(diǎn)討論晚更新世以來（13.8萬年）的沉積特征和氣候變化。因此，根據(jù)頻率磁化率（Xfd%）和平均粒度（Mzφ）曲線，結(jié)合巖性分析和測年數(shù)據(jù)，確定許家窯組地層年代為（13.8～7.1）萬年，馬蘭組年代下限為7.1萬年。

風(fēng)成沉積的研究表明磁化率和粒度指標(biāo)是反映東亞季風(fēng)氣候變化的敏感的替代性指標(biāo)，并已得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)氣候溫濕期，沉積物成壤作用增強(qiáng)，粒度變細(xì)，由于磁性礦物的淋溶富集作用，促使鐵磁性顆粒富集，磁性顆粒濃度增加，導(dǎo)致沉積物磁化率值較高；反之，氣候干冷期，沉積物成壤作用減弱，粒度變粗，磁化率值降低。因此，在風(fēng)成沉積中，沉積物中高磁化率值和細(xì)顆粒指示暖濕的氣候環(huán)境，低磁化率值和粗顆粒反映干冷的氣候環(huán)境。磁化率和粒度曲線變化表明本區(qū)晚更新世以來氣候經(jīng)歷了暖濕和冷干的變化，并且表現(xiàn)出多個(gè)次一級(jí)波動(dòng)：許家窯組，（13.8～7.11萬年，沉積物磁化率平均值為5.33%，平均粒徑為4.38φ；馬蘭組，7.1萬年以來沉積物磁化率平均值為4.23%，平均粒徑為4.23φ。結(jié)合數(shù)據(jù)和曲線，許家窯組磁化率值較馬蘭組高，沉積顆粒粒度較馬蘭組細(xì)，說明許家窯組時(shí)期氣候較溫暖濕潤，夏季風(fēng)勢力較強(qiáng)，成壤作用較強(qiáng)，沉積物顆粒較細(xì)；馬蘭組時(shí)期氣候較干冷，冬季風(fēng)勢力增強(qiáng)，成壤作用減弱，沉積粒度較粗。曲線上表現(xiàn)出5個(gè)突出的峰值和谷值，表明氣候經(jīng)歷了多個(gè)次一級(jí)的冷干和暖濕的波動(dòng)（見圖3）。本采樣剖面上部全新世地層剝蝕嚴(yán)重，因此采用范淑賢等對(duì)東水頭剖面孢粉植被的研究結(jié)果作為補(bǔ)充，建立晚更新世以來完整的地層序列。研究表明，全新世氣候不穩(wěn)定，總體溫暖偏干，共劃分為5個(gè)階段，為2次相對(duì)暖濕和3次冷干氣候變化過程。因此，結(jié)合本剖面和東水頭剖面的研究結(jié)果，大同盆地白晚更新世以來氣候整體趨向于干旱化，經(jīng)歷了1個(gè)“暖濕一冷干”的氣候旋回，期間有多個(gè)次一級(jí)的冷暖波動(dòng)。

4 結(jié)論與討論

（1）研究結(jié)果表明，大同盆地自晚更新世以來，氣候經(jīng)歷了上更新統(tǒng)許家窯組暖濕期、馬蘭組冷干期以及全新統(tǒng)暖干期的旋回，期間有幾個(gè)次一級(jí)的冷暖波動(dòng)，氣候整體趨向于干旱化，此氣候變化特征與全球有很好的對(duì)應(yīng)。

（2）上更新統(tǒng)許家窯組時(shí)期氣候暖濕，盆地中虎頭梁剖面發(fā)現(xiàn)疊層石，黑山南四溝剖面也發(fā)育古土壤。本階段年代及氣候特征恰與全球的末次間冰期對(duì)應(yīng)，此時(shí)黃土高原發(fā)育Sl古土壤層，薩拉烏蘇滴哨溝灣剖面發(fā)育湖相堆積，都是這一暖濕氣候階段的產(chǎn)物。上更新統(tǒng)馬蘭組時(shí)期，氣候較冷干，在盆地中發(fā)現(xiàn)了水菱鎂礦、古冰楔和古砂楔構(gòu)造，黑山南四溝剖面發(fā)育黃土。本段對(duì)應(yīng)末次冰期以來的地層沉積，此時(shí)黃土高原發(fā)育Ll黃土層，薩拉烏蘇剖面發(fā)育風(fēng)成沉積，都表明這一時(shí)段氣候的干冷。結(jié)合全新統(tǒng)氣候極不穩(wěn)定，整體溫暖偏干，經(jīng)歷了3次較冷干和2次較暖濕氣候旋回，這種變化過程與西北內(nèi)陸干旱區(qū)黃土高原西部區(qū)臨夏塬堡黃土剖面相接近。結(jié)合近些年來學(xué)者們對(duì)大同及其周邊地區(qū)氣溫與降水量變化的研究，大同地區(qū)近些年來氣溫在逐步上升，降水量呈緩慢減少趨勢，氣候整體上呈現(xiàn)出干旱化趨勢，與本研究的結(jié)果也達(dá)到很好的契合。

（3）本采樣地層剖面沉積連續(xù)，因此在反映過去氣候變化時(shí)也具有較好的連續(xù)性，填補(bǔ)了本區(qū)晚更新世氣候研究的空缺。研究氣候變化是為了更好地服務(wù)于人類的生產(chǎn)?；?，對(duì)氣候敏感地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響尤為重要，因此有很重要的研究意義。不少學(xué)者分析了氣候趨向于干旱化對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)牛的影響，并提出了一些在極端氣候條件下的應(yīng)對(duì)措施，將更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

（4）本研究通過對(duì)剖面沉積物的觀察與分析，較連續(xù)地反映了盆地晚更新世以來的氣候變化過程，豐富了本區(qū)過去氣候研究的內(nèi)容，并與全球有很好的對(duì)應(yīng)，也與本區(qū)現(xiàn)代氣候特征達(dá)到很好的契合，進(jìn)一步充實(shí)了本區(qū)氣候呈干旱化趨勢變化的依據(jù)。但是，由于采樣剖面上部風(fēng)化剝蝕較嚴(yán)重，需借助東水頭剖面地層做補(bǔ)充，2個(gè)剖面在契合時(shí)還需要一些確切的年代數(shù)據(jù)，因此，本研究還有待進(jìn)一步的深入。