Question

粘土矿物记录

Answer 1

第四纪沉积物中的粘土矿物主要是在风化过程中形成的，一般常见的粘土矿物有高岭石（K）、伊利石（I）、蒙脱石（Mo）和绿泥石（Ch），以及伊利石与蒙脱石的混层矿物（I/S）。蒙脱石是蒙皂石族矿物的一种，也是最常见的一种（任磊夫，1992），有时也就用蒙脱石取代这一族矿物。高岭石形成于潮湿温暖的气候条件下，而伊利石和蒙脱石则相反，在干冷的气候环境中更有利于它们的形成（蓝先洪，1990）。高岭石含量越高，表明当时的气候越加温暖湿润；反之，伊利石和蒙脱石含量高，说明当时的气候就比较寒冷干燥。

我们在阿涌哇玛错浅井剖面上共取样22个，分析结果见表3-14。从表4-14中可以看出，在这个剖面上，主要的粘土矿物成分为伊利石和伊利石/蒙脱石混层矿物，含量分别为37%～49%和33%～53%，平均值为43.4%和41.4%，两者之和比马兰黄土中的含量（师育新等，1997）要高得多。其次是绿泥石，在整个剖面上的含量变化在7%～13%之间，平均为9.4%；高岭石的含量很低，仅有4%～8%，平均为5.9%，这显然比马兰黄土含量（19%）（师育新等，1997）低。这一粘土矿物组合与我国的东部地区差别较大，是以喜干冷的粘土矿物占绝对优势为特征，显示了黄河源区在整个全新世的气候都较干冷，化学风化作用和淋滤作用微弱的特点。

表3-14 阿涌哇玛错全新世沉积物粘土矿物X衍射分析结果　Table3-14 Showing the clay minerals analyzed by X-ray diffraction from the Holocene sediments at Ayongwama Co（lake）

续表

注：I/S-伊利石/蒙皂石混层矿物；I-伊利石；K-高岭石；Ch-绿泥石；I+I/S-伊利石+伊/蒙混层矿物；I+I（I/S）伊利石+伊利石（伊/蒙混层矿物）。

在剖面的垂向上，这些粘土矿物的含量也是有一定的变化规律（图3-14），这表明黄河源区在全新世存在着气候波动。如上所述，高岭石常常被作为指示温暖湿润气候的标志，如在我国渤海到南海的沉积物中高岭石的含量是增加的（蓝先洪，2001）。在研究剖面上，粘土矿物的含量存在一些波动。在剖面1.60～1.20m，含量先缓慢减少，之后再逐渐增加，出现第一个波谷，含量变化范围在4%～6%之间，平均值为5%，这可能表明在此期间气候出现了一次向更干冷方向演变。在1.20～0.35m，高岭石含量较高，在4%～8%之间波动，平均含量为6%，这尽管较黄河和长江的出口处沉积物中的偏低（9.7%和9.4%）（范德江等，2001），但还是可以表明黄河源区的气候在这个时期向暖湿方向转化。在这部分地层中，又可分为两段（图3-14），下段（1.20～0.65m）含量较低，且波动小；而上段（0.65～0.35m）含量高，但波动大，很不稳定。这种含量的变化显示了这两段经历了不同的气候变化，即前期较温凉，气候稳定，而后期较温暖些，但波动大，两者的时间界限约在5.0kaBP，这种气候现象在青藏高原和黄土高原也是可见的。从0.35m到剖面的顶部，高岭石基本上是稳定地下降，其值降到5%，表明气候又向更干冷方向发展。这种气候特点与全球全新世气候变化总趋势一致。在此值得一提的是绿泥石含量变化与气候的关系，过去常把绿泥石作为干冷气候的指标（蓝先洪，1990），因此，绿泥石的含量变化与高岭石应为反相关，但在黄河源区全新世剖面上却是呈正相关（图3-14），这与过去的认识不一致。实际上，在过去的一些研究中也出现相类似的情况，如在兰州的末次间冰期的黄土中，其绿泥石的含量就低于古土壤层（师育新等，1997），离石黄土中古土壤的绿泥石含量也是低于离石黄土的（刘东生等，1985）。因此，绿泥石并不一定指示干冷的气候，它的形成除与气候有关外，可能还与沉积过程中的湖泊环境有关。

图3-14 阿涌哇玛错全新世剖面粘土矿物含量变化曲线图

Fig.3-14 Curves of contents of the clay minerals from the Holocene profile at Ayongwama Co（lake）

在这个剖面上，伊利石的含量并不高，比黄土高原的黄土、长江和黄河现代沉积物都低，但伊利石与蒙脱石混层矿物含量却很高（33%～53%），如果把两者加起来就相当的高了（表3-14）。伊利石被作为干冷气候的标志（蓝先洪，1990；陈中等，2000；张乃娴等，2000；冯金良等，2002），在海洋沉积物中，含喜冷有孔虫的层位其含量高（蓝先洪，2001）。在我们的研究剖面上，伊利石的含量从下向上总趋势是升高的，这与该剖面的其他气候标志变化不一致。之所以出现这种现象可能与该区的气候特点有关。黄河源区是一个多年冻土分布区，冻土厚在7～49m（周幼吾等，2000），由于长期的干冷条件，可能导致伊利石与蒙脱石的转化。所以如果把伊利石与蒙脱石的混层矿物与伊利石相加，或者把混层矿物中的伊利石与单个的伊利石相加的话，那么其含量变化与其他的气候指标就有很好的对应关系（图3-14）。在图3-14中，I+I/S（伊利石加上伊利石/蒙脱石混层矿物）含量与K（高岭石）含量有彼此消长的关系。在剖面的1.6～1.2m，I+I/S含量又升高了，反映气候又向相对干冷方向发展。在1.20～0.35m段，它们的含量降低，表明气温的回升。此后，它们的含量再次增加，说明气候再次转向干冷。这种波动显示了干冷-温凉-干冷的气候变化，与高岭石反映的气候变化特点是相吻合的。同样，如果将伊利石/蒙脱石混层矿物中的伊利石剔出来，加到伊利石中，并绘制I+I（I/S）曲线，在1.6～1.2m，其含量较高，在1.2～0.35m含量较低，在0.35～0m，I+I（I/S）含量又波动增加，反映了气候干冷-温凉-干冷的变化特征。

I/Mo混层比（%）是指I/S混层矿物中蒙脱石（Mo）单元晶层的含量百分比。I/S混层矿物是伊利石的转化产物，由图3-14可见混层比曲线（图3-14a），与K、I+I（I/S）、I+I/S曲线有明显的相关性。在剖面1.6～1.2m，曲线出现一次含量降低的波动。在1.20～0.35m，I/Mo 值较高，之后，其值又减少，而且在1.2～0.35m的下半段的1.20～0.65m之间，含量稳定，波动小，而在0.65～0.35m，其值波动较频繁。这与K，I+I/S和I+I（I/S）曲线特点相似。

由上述分析可知，黄河源区全新世气候的变化可分为3个明显的不同时期，第一时期是12～9ka BP，气候在末次冰期后出现了回升，但在11～9ka BP时出现了一次明显的冷干波动，这可能对应于全球的新仙女木事件。第二个时期是9～2.3ka BP，气候相对温暖湿润，与全球的大暖期相当。这个期可分两个亚阶段，即9～5.0ka BP和5.0～2.3ka BP。在9～5.0ka BP亚阶段，气候较稳定，气候温暖；而在5.0～2.3ka BP亚阶段，气候总体较温暖，但冷暖波动较第一亚阶段强烈。第三个时期，即2.3ka BP以来，气候在波动中转向干冷，相当于晚全新世的降温期。根据粘土矿物的分析，在约6.80～7.50ka BP和5.0ka BP发生两次较明显的降温事件，这可与青藏高原东北部在这两个时期发育的古冰楔和冻融褶皱对比（潘保田等，1989），尤其5.0ka BP前后的降温事件明显，在我国多处都有记录（秦大河，2002）。

根据上面的一些气候指标，黄河源区在整个全新世气候都较寒冷，年均气温可能未高于0℃，一直有冻土发育。因此，在黄河源区的某些沉积物中发现有埋藏冰（王绍令等，1990）。在大暖期，尽管较全新世早、晚期气温要高，但还是比较寒冷。大暖期早、晚时期的气候特点有所不同，前期的特点是气候较稳定，而晚期则波动很大。这是否与升温期气候相对稳定，而降温期气候强烈动荡有关。另外，这种在降温期气候强烈波动的动力机制是什么？这非常值得研究，如植被、雪盖面积、大气运动等变化对气候的影响。