黄土和气候变化.docx

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黄土和气候变化

黄土和气候变化

1、黄土记录气候后环境变化的机制

黄土是记录古气候和古环境变化信息的良好载体,长江三角洲平原及东海岛屿晚更新世黄土地层剖面的发现,证明了末次冰期以来长江三角洲地区及海域均广泛存在风尘黄土堆积的事实,研究表明长江三角洲平原埋藏黄土和来东海岛屿黄土是下蜀黄土上部地层在中国东部沿海和海域的延伸和继续.中国东部风源尘黄土记录了我国晚更新世以来东部沿海地区的气候变化及东亚季风演变,与中国西北地区黄土地层相比,东部黄土具有沉积厚度小、成因复杂、次生作用强烈的特点;粒度和磁化率等参数垂向变化规律没有西部明显;粘土矿物和常量化学成分显示了东部黄土经历了较强地淋溶作用.在东部风尘黄土研究过程中,更需注意区域环境特征、地貌地形特点以及沉积期后环境变化对风尘黄土沉积物的影响效应,通过多指标的综合验证才能够正确解读黄土地层赋含的环境变化信息以及认识我国东部季风区晚更新世以来的古环境演变过程及规律.

2、黄土的显微结构与古气候的关系

高原黄土粒度组成中不同粒级组分的古气候意义不同,并且各粒级组分界线随着研究地区的不同而发生变化.同时发现,黄土粒度分布中可以分离出具有全球的和区域的古气候意义的颗粒组分.其中较粗颗粒含量变化与东亚冬季风强度变化正相关,它具有全球的古气候意义;较细和细颗粒含量变化与东亚冬季风强度变化反相关,这些颗粒含量可能与粗颗粒的沉降量变化和风化成壤作用强度变化相关

3、黄土和气候变化的关系

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4、黄土磁化率是怎样反映气候变迁的

黄土磁化率（magneticsusceptibilityofloess）是黄土在地磁场作用下产生磁性，受单位强度的磁场磁化所产生的磁化强度。

其大小主要取决于黄土中小于等于1微米的细微矿物颗粒，主要是磁铁矿和磁赤铁矿。

一般用磁化率仪以5～20厘米间隔在地层剖面上进行测量，得出黄土磁化率随深度变化的曲线。

研究结果发现古土壤层的磁化率值要比黄土层的为高。

现在磁化率也被认为是反映气候变化的指标之一。

黄土是记录古气候和古环境变化信息的良好载体,长江三角洲平原及东海岛屿晚更新世黄土地层剖面的发现,证明了末次冰期以来长江三角洲地区及海域均广泛存在风尘

5、黄土的概念、分布及厚度

1.概念

黄土（loess）是一种灰黄色、棕黄色的，甚至棕红色的，由风力搬运堆积未经次生扰动的、无层理，主要由粉沙和粘土组成的富含碳酸盐并具大孔隙的土状堆积物，也有人称原生黄土（primaryloess）。

风力搬运堆积之外的其他成因的黄色的，又常常具有层理和砂、砾石的粉土状沉积物称为黄土状岩石（loesslikerock），也称次生黄土（secondaryloess）、黄土状土（loesslikesoil）。

一般说来，次生黄土与黄土有一定的联系，前者多数为黄土经水流等营力再侵蚀搬运，在干旱和半干旱地区内再沉积而成，因而在岩性及其他特征上与黄土有某些相似之处，但它们之间又存在明显的不同。

黄土的总体特征大体上有以下几个方面:

①在颜色上总体以黄色为基调，主要为灰黄、棕黄，早期的黄土为棕红色;②质地均一，主要由粉砂和粘土组成，富含碳酸盐，形成结核;③疏松多孔，孔隙率高，无层理，垂直节理发育;④在剖面上，黄土层与古土壤层相互交替出现，代表了不同的古气候环境，黄土层指示干冷气候，而古土壤层显示温暖湿润气候;⑤黄土层中通常含喜旱的动植物化石，如鼢鼠、田鼠、鼠兔、藜科等;⑥黄土发育在干旱和半干旱气候区，既可覆盖在山脊和山坡上，也可发育在平地、盆地和谷地中。

2.分布

从全球范围来看，黄土主要分布在中纬度的干旱和半干旱气候区，北半球分布于30°～55°N，南半球分布于30°～40°S，包括温带的荒漠、半荒漠外缘和第四纪冰川发育区的外围（图7－17），面积达13×106km2，占全球陆地总面积的9.8%。

分布在温带荒漠和半荒漠的外缘的黄土称热黄土，如中国黄土高原、乌克兰、高加索等;而分布在第四纪冰川外围地区的黄土称为冷黄土，如分布在斯堪的纳维亚冰盖外缘的中欧、劳伦泰冰盖外缘的北美的黄土。

图7-17全球黄土分布图（据P.Woldstedt;转引自T.Nilson，1983）

中国黄土有广泛的分布（图7-18），面积达64×104km2，占我国陆地总面积的4.4%，其中黄土（原生黄土）分布面积约为38×104km2，次生黄土约为26×104km2。

中国的黄土大致沿昆仑山、秦岭以北，阿尔泰山、阿拉善和大兴安岭一线以南分布，构成北西西-南东东向的黄土带，其中以N34°～45°之间的地带黄土最发育、厚度最大、地层最全，是中国黄土发育的中心（图7-18），黄土高原处在这个带的核心部位，黄土呈连续的面状分布，占我国黄土分布面积的72%。

图7-18中国黄土分布（据刘东生等，1985）

从海拔高度来看，黄土分布的高度自西向东从3000m降到数米，西部的少数地方可分布到4000m高的山地。

黄土分布的高度在坡向上也有差异，在北坡和西坡（迎风坡）上分布得较高，而在南坡和东坡（背风坡）分布得较低。

不同时代的黄土分布中心随时间迁移。

早、中更新世的黄土沉积中心发育在泾河、洛河流域，厚度可达175m（图7-19a）;晚更新世的黄土向西迁移到六盘山以西的陇中盆地，最大厚度可达50m，向东到陕西厚20～30m（图7-19b）。

图7-19黄河中游沉积中心迁移图（据刘东生等，1965，简化）

3.厚度

中国黄土的厚度以黄河中游泾河、洛河中下游地区为最大，形成黄土沉积中心，如西峰、环县、平凉等一带，可达150～200m，向四周厚度减薄（图7-20），向西至六盘山以西厚度为10～50m，在柴达木和河西走廊一带厚度只有10～20m;从黄河中游向东至吕梁山以东为50～100m，到太行山山麓为10～40m。

图7-20黄河中游黄土厚度分布图（据刘东生等，1985，简化）

6、气候变化对黄土高原典型流域径流量的影响研究

根据窟野河流域近50年的气象、水文资料，分析降水、气温、蒸发、径流时空分布及变化特点与趋势变化的显著性，选取转折点，将转折点以前资料输入水文模型，开展了流域水文模拟研究，评估了气候变化和人类活动对径流变化的影响，分析了河川径流量对气候变化的响应。

主要内容包括以下方面:

1）结合窟野河流域气候变化特点和下垫面状况，分析气候因素和下垫面条件对产流的影响。

窟野河流域下垫面物质由黄土、风砂土和基岩组成，主要为基岩、黄土。

基岩出露区其下渗率、地面透水性及其蓄水能力较低，易产流，地表径流充沛;黄土孔隙率较高，下渗率较大，地下径流丰富。

采用滑动平均法、肯德尔秩次和斯波曼秩次相关检验法，分析窟野河降水、气温、蒸发及径流的变化趋势及其显著性。

分析表明:

降水总体呈现减少趋势，但趋势性不显著。

气温总体呈现上升趋势，趋势性较显著。

径流基本上呈现稳定的递减趋势，趋势显著。

2）对干旱和半干旱地区的水文模拟一直是水文学家面临的挑战。

而处于半干旱地区黄河中游的窟野河流域水文情势复杂多变。

本节借鉴了一些学者在干旱半干旱流域水文模拟的应用经验，选取概念性集总式流域水文模型（水量平衡模型）和基于物理机制的分布式流域水文模型（可变下渗容量模型-VIC模型）对窟野河流域降雨-径流模拟作了系统的比较，并参考水文预报规范，以Nash-Sutcliffe效率系数和相对误差确定评价指标和标准。

结果显示Nash-Sutcliffe效率系数都大于60%，相对误差也控制在10%。

利用窟野河流域1983年之前的水文、气象资料，对所选用模型模拟结果进行比较，两个模型均能较好地模拟流域的月流量过程，相比分布式VIC模型，月水量平衡模型结构简洁，涉及参数少。

从模型的模拟程度、可操作性和对资料的要求着手考虑，择优选用集总式月水量平衡模型开展气候变化对水文水资源的影响研究。

3）针对窟野河的气候变化特点，探讨流域未来气候变化趋势以及对水资源的影响。

分析得出，窟野河未来气温的总体变化趋势与全国、全球有类似之处，呈现持续的变暖趋势。

造成气候变暖的原因不仅仅是温室效应，人类活动是其中一个重要的因素，相对于气温平稳持续的变化，降水差异较大，分布不均，不同年代之间降水变化也存在一定的差异。

4）基于数理统计方法，建立气温与蒸发能力之间的关系，进而分析气温变化对蒸发能力的影响，结果表明气温升高1℃和2℃的情况下，流域的蒸发能力也随之增加;且在地域分布上，低纬度地区的变化略小于高纬度地区的变化。

5）统计1951～2006年逐月数据，绘制流域1983年前后两个不同时段的降水径流关系，结果表明流域年降水量与年径流量关系点群较散乱，两个阶段的年降水量和径流量相关系数远低于降水与径流的相关系数;同样降水条件下，后期径流量总体比前期径流量偏小;前期的降水径流相关系数高于后期的降水径流相关系数，说明人类活动不仅改变了降水径流的相关关系，同时也降低了二者的相关性，使流域水文循环系统更为复杂。

并采用定量分割法分析气候变化和人类活动对流域径流的影响，得出气候变化和人类活动对河川径流量减少的贡献率分别为37%和63%，人类活动是流域径流量减少的主要原因。

6）评估未来气候变化对径流量影响。

综合全球气候模型中考虑的A1、A2、B1和B2四种情景，采用目前多数国家认同发展的气候情景，A1B排放情景下美国NCAR模式、德国MPI模式和在中国应用较好的PRECIS模式的气候输出结果，预估不同模式对气温、降水存在一定差异，未来气温可能升高1.1～2.4℃。

未来降水预估存在差异，NCAR模式预估降水可能增加;PRECIS预估2020年前后降水偏多，2030年前后降水可能减少。

未来2010年前后（2006～2015年）和2020年前后（2016～2025年），河川径流量可能偏高约1.4%～4.7%和1%～40%，2030年前后（2026～2035年）和2040年前后（2036～2045年）径流量可能偏少2.5%～17%和4%～12%，但在2050年前后，窟野河流域水量又可能转丰。

假定降水变化和气温升高形成多种组合分析河川径流对气候变化的敏感性。

可知降水不变，气温升高或降低1℃，径流量将减少3.8%或增加4.1%;而气温不变，降水增减10%，径流量将相应增加17.0%或减少15.7%;在气温升高2℃阈值，降水增加或减少10%，河川径流量将增加8.7%或减少21.8%。

从评估结果看，未来50年，窟野河流域水资源可能偏多，可改善流域生态环境。

尽管更长时期的水资源预估存在不确定性，但全球变暖将可能造成的水资源短缺也需引起流域管理部门的重视。

7、我国黄土地区地貌和气候特征与当地农业发展的方向

我国黄土高原的地貌特征：

千沟万壑，支离破碎；

气候特征：

气候比较干燥，降水集中于夏季，夏季多暴雨；冬冷夏热。

农业发展方向：

以林牧业为主，通过种植经济林、果树、牧草，一方面保持水土，另一方面获得经济效益，改善人民生活。

在比较平坦的地区可以修梯田发展种植业。

8、黄土的成因

中国黄土成因的争论历来已久，从19世纪末德国学者F.V.李希霍芬（1882）提出黄土风成学说（eoliantheory），前苏联人B.A.奥布鲁契夫发展了风成说以来，有不少的中外学者都进行过研究，提出了不同的观点，如“水成说”（hydrogenictheory）和“残积说”（resialtheory）。

现在研究表明，原生黄土是风搬运堆积的结果，而次生黄土为流水沉积形成的;黄土的“残积说”目前基本给予否定。

1.风成说的主要证据

经过长期的研究，黄土的风成说被越来越多人所接受。

以刘东生院士为代表的中国科学家长期致力于我国的黄土研究，从黄土分布特征、物源、搬运方式、堆积过程、黄土性质、古土壤发育等深入研究，并与全球气候变化和旋回对比研究，获得了越来越多的证据表明:

中国的黄土由风搬运沉积形成。

其主要证据有以下几个方面:

黄土分布从大区域分布来看，中国黄土分布与亚洲的戈壁、沙漠处在同一纬度上，呈东西向展布，该区域气候干燥，降雨少，风力作用强，构成北半球中纬度地区的砾漠-沙漠-黄土分布带，并且具有从北西向东南依次为戈壁→沙漠→黄土分布的规律，显然与区域的主导风向有关。

从新疆到中国东部的黄土分布的海拔高程差别很大，从海拔4000m到数米的山地、盆地、谷地、平原、岛屿都发育有黄土，黄土物质只能经风力搬运并从大气中沉降下来堆积才可能具有这样的分布规律。

黄土物源研究表明，中国黄土的物源产生在物理风化强烈的西北区沙漠和戈壁（图7-24），在高空西风气流和近地面风共同作用下，粉尘被风力从北西向东南悬移，运移途中因气流下沉和按颗粒大小分异沉积。

这一过程被现今的“尘暴”事件所验证。

黄土物质成分及分布中国黄土的矿物成分、化学成分、成熟度、粒度、厚度等方面都具有规律性的变化，这种变化与我国主导的冬季风方向一致。

如自西北向东南，石英、长石依次降低，粒度依次变细，砂黄土→黄土→粘黄土依次分布，SiO2、FeO、CaO、Na2O、K2O含量相应减少，而Al2O3和Fe2O3含量略有增加。

黄土结构构造中国黄土疏松多孔，碎屑颗粒排列紊乱。

黄土中石英颗粒表面普遍发育撞击形成的碟形坑、麻坑等。

黄土的分选性好，几乎不含砾石，层理不发育。

这些都显示了风成因素。

黄土中动植物化石在黄土中发现的动植物化石基本都属于温带干旱-半干旱草原种类，如哺乳动物有仓鼠、沙鼠、鼢鼠、田鼠、鼠兔等;在蜗牛化石中，有中华蜗牛、虹蛹螺等，它们是耐干旱、寒冷的组合，几乎不见水生软体动物。

图7-24中国黄土来源区和堆积区（据刘东生等，1985）

2.水成说的主要证据

水成说是指黄土由水流沉积形成，该学说以张宗祜院士为代表。

次生黄土或黄土状岩石可能是这种成因。

他通过对中国黄土的系统研究认为:

黄土的形成受控于地质、地理环境，在不同的自然动力区域，黄土成因不同，是由风化作用、片流作用、河流作用、风积作用、冰川作用等堆积而成的，并在相似条件下，经过黄土化作用而形成。

因此黄土的形成可分为四个阶段:

第一阶段是黄土物质的堆积;第二阶段是黄土化的初期阶段，形成黄土的特殊胶结结构;第三阶段是黄土化的后期阶段，结构调整，强度增加;第四阶段是黄土退化阶段，形成风化层或土壤化。

从中不难看出，黄土的形成是复杂的，不可用一种作用解释黄土的成因。

黄土的水成说的主要证据有:

一是黄土中含有砾石，这些砾石风是难以搬运过来的;二是发育水成的斜层理;三是不同地区黄土的矿物成分存在不一致性，可能受到当地基岩的影响;四是黄土中石英颗粒表面常有化学溶蚀及机械破坏形成的断口，绝少见到有磨圆很好的表面和麻点;五是黄土中的动植物化石并不都是喜干的种类，也含东洋界的喜暖和喜湿的哺乳动物化石。

9、黄土风情与自然环境的关系？

黄土风情与自然环境的关系是相辅相成的关系。

世间沧桑，逐渐积淀和形成了独特的黄土风情文化，构成一道灿烂绚丽的风景线。

时而雄风扑面，时而高昂野逸；有的简练古朴，有的清新典雅；或说、或唱、或舞、或艺；有文学创作中的浑厚、朴实和浓郁的黄土气息；有书画描绘上的朴拙雄强、沉着痛快和纵笔所如的潇洒；有粗犷矫健、扑朔迷离的民间鼓舞；有高亢悠长、魅力四射、刮遍大江南北的“西北风”信天游；有工细纤巧、寓意含蓄、独树一帜的民间手工艺；有做工精细、营养丰富、强身健体的风味食品；这一切一切都见情见性并蕴含着传统文化的骨血。

加之人稳重、实在、厚朴的民风、自尊、强悍、豪放的气质，综合构成古老而年青、瑰丽而丰富，植根民间生活的黄土风情文化。

黄土高原雄浑粗旷，因此，在这片古老的土地上又诞生了许多种刚劲有力的锣鼓艺术。

陕北锣鼓有安塞腰鼓、洛川蹩鼓、宜川胸鼓、志丹扇鼓、黄龙猎鼓、黄陵抬鼓、土基对面锣鼓等。

10、黄土研究的古气候意义

黄土是地球气候与环境变化的记录者，科学家们通过古地磁学方法的测试，认为黄土从260万年前就开始堆积了。

人类的历史相对于地球的历史非常短暂，特别是科学观测记录的地区的环境历史就更短。

要了解以前地质历史时期地球环境变化过程，就必须从地球的自然记录中寻找答案。

在我国黄土高原地区，黄土的沉积厚度大，覆盖区域广，其在沉积过程中对古气候与古环境的变化记录完好地保存下来。

如黄土堆积中的灰黄色的黄土层和褐红色的土壤层记录着黄土高原干燥寒冷与温暖湿润的气候变化历史。

通过对黄土所蕴含的各种丰富的古气候指标参数的测定研究和分析，我们就可以得出在第四纪某时期的气候和环境情况，这就使黄土堆积与南北极的冰雪堆积记录和深海沉积物记录成为我们了解过去200多万年以来地球古气候与环境变化情况的3个较好的记录。

本章小结及重点提示

本章主要阐述了风力作用及其特点、风蚀和风积地貌的主要类型、特征、形成过程及分布。

对于干旱与半干旱气候条件下的黄土地貌特征、物质组成、结构构造、分布等进行了较为详细的介绍。

在此基础上，对黄土堆积地貌和黄土侵蚀地貌的主要类型、特征以及形成过程进行了阐述。

通过本章学习，应着重掌握风力作用及其特点、各种风力地貌的主要特征与形成过程、黄土的物质组成和结构构造特征。

思考题

1.我国哪些地区属于干旱和半干旱气候区？

这些地区气候的主要特征如何？

2.常见的风蚀地貌和风积地貌有哪些类型？

它们的特点如何？

3.风积物有哪些主要特征？

它与流水作用形成的冲积物、洪积物等有何区别？

4.典型黄土的主要特征有哪些？

5.常见的黄土堆积地貌、侵蚀地貌和潜蚀地貌各有哪几种？

它们有着怎样的特征？