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1、環(huán)境代用指標一、化學(xué)元素1，有機穩(wěn)定碳同位素：20世紀80年代，古土壤有機C同位素組成研究開始在古生態(tài)環(huán)境的重建工作中發(fā)揮作用。C作為生物有機體的主要元素，隨著生物體C穩(wěn)定同位素在歷史時期的環(huán)境研究中日益受到重視，土壤有機C穩(wěn)定同位素在古環(huán)境、古氣候、全球變化研究中也有著廣泛的應(yīng)用前景[3940]。有研究者認為土壤有機碳s"c值可以反映地質(zhì)歷史時期C3,C、植被變化，從而進一步揭示環(huán)境變化進程[[4}]。有研究認為由于C4植物較C:植物具有更高的光合作用效率和水分利用率，更適應(yīng)日照充足、氣溫較高、水分有限的環(huán)境，因而多分布于干旱、半干旱地區(qū)，同時由于C、植物與C3植物其s"C值
2、的變化范圍不同，因此，在干旱區(qū)利用土壤有機質(zhì)s"C值的變化可以判斷植被類型變化和氣候變化的歷史，重建過去環(huán)境變化[4z}。在干旱的沙漠環(huán)境條件下，很少能生長C3植物，因此，通過留C值的變化范圍來確定沙漠植被類型的變化就沒有意義了。2，地球化學(xué)特征：黃土高原的黃土剖面中主要元素與氣候研究表明，相關(guān)的氧化物分子比值都能很好地反映古氣候變化。有人在伊犁地區(qū)的黃土研究中也得出了類似的結(jié)果，同時指出在各種比值中硅鋁率和硅鋁鐵率最好，可與粒度曲線媲美。毛烏素沙地、策勒綠洲與荒漠交錯帶、渾善達克沙地等區(qū)域的地球化學(xué)元素研究，結(jié)果表明對環(huán)境都有很好指示意義。3，碳酸鹽：碳酸鹽類礦物是湖泊水體的
3、一類重要水化學(xué)成分，湖泊中的無機碳酸鹽包括外源和內(nèi)源兩部分，外源是指湖泊流域通過徑流輸入湖泊的碳酸鹽，內(nèi)源包括湖水無機化學(xué)沉淀產(chǎn)生的碳酸鹽和生物成因的碳酸鹽。碳酸鹽含量的變化受湖區(qū)氣候變化和入湖水量變化的制約。當蒸發(fā)量遠遠大于降水量，湖水中的CaZ+向過飽和狀態(tài)發(fā)展，湖泊沉積物中碳酸鹽含量增加;而入湖水量增大時，湖水淡化，湖泊沉積物碳酸鹽含量降低，所以湖泊沉積物碳酸鹽含量的高低分別代表了湖水量的增加和減少，而湖水量的變化則反映了氣候的干濕變化。3.1，碳酸鈣：碳酸鈣含量在地層剖面上波動反映氣候的干濕變化這一初步結(jié)論，并將其作為古氣候環(huán)境代用指標之一已經(jīng)被廣泛接受。在黃土高原，有
4、人認為碳酸鈣淀積深度和含量也是區(qū)域降水量的度量，黃土碳酸鈣含量呈現(xiàn)西北向東南降低的趨勢反映了區(qū)域環(huán)境差異碳酸鈣作為一個研究指標在中國也已經(jīng)引入沙漠研究中。有人對巴丹吉林沙漠地區(qū)不同的沙丘類型和沙丘不同部位進行碳酸鈣含量的測定，結(jié)果顯示:植被長勢較好的沙丘碳酸鈣含量相對富集，高大沙丘的膠結(jié)層碳酸鈣含量要比相鄰區(qū)域普通沙丘碳酸鈣含量高得多。因此，碳酸鈣的研究無論是在黃土研究中，還是在沙漠研究中都取得了顯著成效，碳酸鈣的含量特征都能較好地起到對環(huán)境的指示作用。3.2，石筍：洞穴石筍的形成過程與大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈都有著密切的聯(lián)系，而且，石筍適合用鈾系定年，能夠建立精確的時標，
5、結(jié)合年紋層統(tǒng)計，可獲得年際甚至是季節(jié)性變化的古氣候記錄。其次，石筍相對于冰芯而言小僅采樣設(shè)備簡易而且成本低廉;相對于珊瑚和樹輪，石筍又能夠長期連續(xù)的記錄，可以達到百年、千年尺度;相對于黃土具有分層明顯的優(yōu)勢，層與層之問界限清晰，可以精確到季節(jié)尺度。在我國，碳酸鹽巖在全國各省區(qū)雖均有分布，但尤其以廣西、貴州和云南東部地區(qū)分布最廣，即我國廣大的南方地區(qū)。二、物理指標1，磁化率：近年來風(fēng)塵黃土一古土壤序列磁化率的古氣候意義引起了研究者的極大興趣，并進行了多方面的研究。中國黃土與古土壤沉積序列的研究已表明，黃土磁化率曲線可與深海氧同位素曲線表示的第四紀氣候變化規(guī)律很好地對比，雖然在機制
6、上還存在諸多疑問，但磁化率在指示氣候冷暖變化和東亞季風(fēng)變遷等方面具有獨特的敏感性。眾多學(xué)者認為可以利用黃土的磁化率來了解第四紀氣候及全球氣候變化，作為氣候變化的良好替代性指標。隨著磁化率在研究古環(huán)境方面的深入，磁化率研究也被一些學(xué)者引入的沙漠沉積的研究之用，并取得了顯著的成果。湖泊沉積物磁化率是表征沉積物磁學(xué)特征的物理量，近年來的研究認為，其磁性特征可以反映古環(huán)境氣候變化。湖泊沉積物磁化率變化為分析古環(huán)境、古氣候變化以及其規(guī)律、形成過程提供可靠的磁學(xué)證據(jù)。研究認為：樣品的磁化率相對較高，相應(yīng)的沉積物粒度則較細，表明樣品是在相對暖濕的環(huán)境下形成的；反之，樣品的磁化率相對較低，相應(yīng)
7、的沉積物粒度則較粗，表明樣品是在相對干冷的環(huán)境下形成。2，孢粉：在湖泊、東部季風(fēng)黃土區(qū)等一些氣候濕潤、植被蓋度好的區(qū)域，抱粉作為一個環(huán)境替代指標已得到了廣泛的應(yīng)用。有研究表明，在西北干旱區(qū)尤其沙漠環(huán)境極端干旱條件下，冷暖、干濕的微小波動在抱粉圖譜中很難一一反映，因此，在干旱的背景下抱粉不宜于作為古氣候環(huán)境的代用指標。3，沉積物粒度特征：沉積物粒度分布特征是判別沉積環(huán)境的一個重要物理標志，粒度分析常常是研究沉積物特征及古環(huán)境意義的第一步驟。沉積物的粒度分布服從對數(shù)正態(tài)分布規(guī)律，利用粒度分析特征
