黃土高原晚新生代風環流和風沙環流演變的研究

由于黃土的風成原因，以及中國北方微風運動和沉積的氣循環過程一直是研究黃土古氣候的重要課題之一。中國北方風塵的源區、傳輸路徑和沉積區,既是東亞季風的重要活動區,也位于北半球西風環流緯度帶上。低空季風環流與高空西風環流的疊加決定著東亞大陸的大氣環流基本格局,中國北方風塵物質正是通過這種大氣環流系統來傳輸與沉積的。關于黃土搬運的大氣環流問題,最先引起人們注意的是西風環流在黃土搬運與沉積中的作用;黃土-古土壤序列形成的古季風理論強調了東亞冬季風在黃土形成中的主導作用。近年對黃土粒度組分的研究發現了風塵沉積粒度分布中的兩個成因組分,并將其與低空季風和高空西風環流相聯系。利用這一方法對末次冰期旋回的黃土-古土壤序列的研究,揭示了第四紀冰期旋回中低空季風環流和高空西風環流強度變化的時空特征,同時通過典型剖面記錄,初步認識了季風環流和西風環流在第四紀和晚新生代演化的基本趨勢。然而,由于粒度與大氣環流系統之間的復雜關系的存在,單個剖面的粒度往往不能客觀地反映大尺度大氣環流變化。其中一個很重要的原因是,風塵沉積物粒度分布是多因素控制的大氣環流下的產物,其不僅要受大尺度大氣環流系統的影響,也受到了局部風場空間特征的影響,而后者往往與風場的高頻變化和局部地形地貌有關,對于長時間尺度的大氣環流研究來說可視為噪音。所以,從不同剖面的記錄來獲得大氣環流的平均狀態的變化,對于萬年以上的古氣候重建來說是十分重要的。本文首次報道了靈臺剖面和趙家川剖面的兩個粒度組分數據,結合已發表的西峰剖面和洛川剖面,討論了晚新生代中國北方大氣環流變化的基本規律以及季風環流和西風環流在這一時間段的演化趨勢,并結合影響中國北方大氣環流的主要氣候因素的變化,討論了中國北方大氣環流演化與青藏高原和極地冰量的聯系。1磨損沉積的粒度組成與氣氛循環1.1粒度分離方法研究所用的數據分兩類,一類是首次在本文發表的靈臺剖面和趙家川剖面,另一類是已發表的西峰剖面和洛川剖面。粒度測量前對樣品采用了較徹底的前處理方法,以除去與成壤作用有關的有機質、碳酸鹽和次生粘土礦物等。粒度測量用兩種粒度儀進行,靈臺剖面、洛川剖面和西峰剖面的粒度分析在德國Fritsch公司的Analysette22型激光粒度儀,該儀器在0～1200μm的粒度范圍內以0.25?為間隔給出54個粒級的含量數據。趙家川剖面的粒度分析在英國Malvern公司的Mastersizer2000型激光粒度儀,它在0～2000μm的測量范圍內以0.1?為間隔給出100個粒級。該儀器屬于第二代激光粒度儀,相對于第一代而言,其最大的優勢是在細粒端有非常高的分辨率,所以不僅能揭示主要組分的變化,而且對超細粒部分仍然有較高的分辨率。粒度組分分離的原理是通過設計樣品總體粒度分布函數,用實測粒度數據對分布函數進行擬合以計算函數的參數,從而獲得各組分的分布函數。樣品的總體分布函數是各組分分布函數與該組分百分比乘積的和函數。根據組分的分布類型確定分布函數類型。分布函數擬合實驗表明,WEIBULL分布函數能較好地擬合風塵粒度分布,以擬合殘差最小為目標,對絕大多數風塵沉積物都可獲得分布函數并從數學上分離各粒度組分(分離方法見文獻)。所有剖面的年代標尺均來自相關的磁性地層年代學研究,即以古地磁界線年代為年代序列的控制點,以沉積粒度作為沉積速率指示對控制點之間的數據點進行內插以獲得全剖面的年代。1.2粒度分布特征結果模擬實驗和理論計算都表明,平均粒徑小于2μm的細粒粉塵,一旦被風吹起,便可以上升到高空大氣中懸浮較長的時間,并被氣流搬運到較遠的地區。而平均粒徑大于20μm的顆粒,很少在空氣中懸浮較長的時間,即使被大風吹起也只能在低空作短時間的懸浮,被搬運的距離也較短,其搬運方式是近地面短距離懸移,風速減弱便回落到地面。黃土中的粗粒和細粒組分分別與上述兩種成因類型在粒度范圍和分布特征上較為一致。從分布曲線的特征來看,粗粒組分的分布峰度較高,粒度范圍較小,占總樣的多數,它表現出一種集中發生的降塵過程,代表了低空近源的粉塵沉積。黃土中的粗粒組分的眾數粒徑一般在12～80μm之間,以20～40μm為最多,但其含量變化較大,在第四紀黃土中大致變化于40%～70%之間,而在第三紀紅粘土中可變化于0～60%之間。相對來說,細粒分布的峰度較小,粒度分布范圍較大,從這一特征來看,這一組分的形成是一種經常性降塵過程,代表了黃土高原大氣粉塵的本底。黃土中的細粒組分的眾數粒徑一般在2～8μm之間,以5～6μm最多,而北太平洋粉塵只有1.8～2.2μm,這一差異與西風粉塵的粒度沿下風方向緩慢減小的特征是一致的。現代粉塵的粒度特征及其產生的氣候過程研究為上述解釋提供了依據。非洲粉塵區的降塵和大氣背景粉塵的粒度分布也表現出與中國粉塵有相同的粒度分布特征和相近的粒度分布參數。北太平洋的西風帶粉塵只有一個細粒組分,并且位于黃土細粒組分的范圍之內,但比黃土的細粒組分粒度明顯小。除了組成粉塵主體部分的兩個組分外,在高分辨率的粒度分析結果的頻率分布曲線上,在細粒端存在一個很小的組分,其平均粒徑大約在0.5μm左右,在黃土中含量大致3%,在古土壤中約5%,成因研究表明其與成壤作用有關。2粒度和沉積速率的記錄2.1粗粒組分的變化圖1給出了靈臺剖面的兩個組分的時間序列,其中年代標尺來自文獻。靈臺剖面的粒度分布與黃土高原的大多數剖面不同,其中一個顯著的特點是總體分布中細粒組分的含量明顯高于其他剖面(見圖1d)。這一特點在古土壤層中表現得最為明顯,在第三紀紅粘土中更是如此。實際上,靈臺剖面紅粘土的高沉積速率主要是由于細粒組分的含量較高所致,即較高的背景粉塵沉積。可能由于沉積速率較高,靈臺剖面的兩個組分的趨勢變化不如其他剖面大,但主要的變化趨勢還是較為明顯的。粗粒組分的粒度變化在第三紀的特征是,7～5Ma的早期粒度平均較粗,并在6.6Ma,6.4Ma,6.0Ma和5.4Ma存在幾個粒度明顯變粗的時期。自4.2Ma開始,粗粒組分的粒度明顯變細,并且波動的幅度也較早期小,這種性狀一直持續到2.8Ma,粗粒組分的含量變化在第三紀早期也表現出較大的變化,但其與粒度并不同步,總的特征是粗粒組分含量較高的時期較多,平均在50%～55%左右,并在6.7Ma,6.0Ma,5.2Ma和4.1Ma的4個時期含量變低,其含量一般可減小到10%～15%左右。自4.1Ma開始,粗粒組分的含量隨著其粒度的變小有所減小,并且變化幅度也明顯變小,表現為平均粒度和含量呈平穩的變化特征。從2.8Ma開始,粗粒組分的粒度和含量都發生了實質性的變化,粒度明顯變大,含量明顯減小,其中2.8～2.7Ma的第一個大冰期出現時,粗粒組分的粒度達到了近60μm,含量也達到了55%,是整個晚新生代中最明顯的粒度事件。第四紀早期存在2.5Ma和1.8Ma兩個粒度變大的時期,而其他時期的粒度相對于第三紀只有少量的增加。粗粒組分的含量變化在第四紀早期有同步反相變化的特征,但變化幅度并不完全一致。總得來說,粗粒組分的粒度、含量及其變化在早第四紀的變化幅度和頻率較第四紀都要明顯大一些。從中更新世的1.6Ma開始,粗粒組分是一個明顯的轉折,它的粒度開始變大,這一趨勢在0.9Ma進一步加強,這種趨勢一直保持到末次冰期,使得其粒度平均值升高到末次冰期的35μm。含量的變化有所不同,它從0.9Ma開始才有所變大,并且在中晚第四紀存在多次波動,總的來說還是存在變大趨勢。細粒組分的變化明顯不同于粗粒組分,其粒度和含量都較粗粒組分小得多,并以4Ma為界線,在之前和之后表現出不同的變化特征。在第三紀早中期細粒粒度較晚期細,眾數粒徑大致8μm,并在6.8Ma,5.8Ma和5.2Ma處存在幾次變粗的時期,粒度從5Ma開始變粗,雖然在4.3Ma左右發生了變粗的事件,但4.2Ma開始一直保持著眾數粒徑約為5μm的較細水平,穩定的粒度一直保持到2.8Ma。與粗粒不同的是,細粒組分的含量變化大致與其粒度同步,即含量隨著粒度變粗而增加。在4.2Ma之前波動幅度較大,并且主要變化也與粒度相同,最高含量可達95%,最低可至25%。從大致4Ma開始其含量相對穩定在48%的水平,這種情況一直保持到2.8Ma。進入第四紀冰期旋回,細粒組分的含量和粒度也表現出同步變化的特征,其變化幅度都較第三紀大得多。其粒度在2.8～1.7Ma的早第四紀較粗,但其含量較第三紀晚期略低并有較大的變化。在1.7Ma存在一個突變,細粒組分的粒度突然變細,同時含量變小。自1.7Ma以來存在兩個大的變化旋回,其特征是粒度逐漸變大同時含量也變大,然后再突然變小進入下一個旋回,第1個旋回為1.7～0.9Ma,第2個旋回為0.9Ma至現代。靈臺剖面沉積速率變化的階段性比粒度要明顯得多。最顯著的特點是第三紀紅粘土的沉積速率比第四紀小得多。第三紀的沉積速率在大多時期較小,一般為2～3cm/ka,但在7Ma,6Ma,5Ma和4Ma存在幾個高沉積速率時期,這些高沉積速率與高磁化率相對應。自2.8Ma開始,沉積速率快速大幅度增加至8cm/ka的第四紀平均水平。雖然第四紀的風塵沉積速率較高,但也表現出明顯的階段性變化,在早第四紀的2.8～1.8Ma較低,平均約5cm/ka,而后上升至8～9cm/ka的水平。第四紀沉積速率變化的顯著特征是大幅度的冰期-間冰期波動,即冰期沉積速率明顯高于間冰期。另外,與第三紀相比,第四紀的間冰期沉積速率也高于第三紀。第四紀沉積速率變化的另一個特點是自0.6Ma以來一直增加。2.2地質特征和沉積速率圖2是趙家川剖面的粒度數據的時間序列,其年代標尺來自文獻。可以看出,兩個組分及其含量在第三紀和第四紀變化始終是逐步變化的,但仍然能看出第三紀和第四紀的粒度有顯著區別。粗粒組分的粒度自7.6～2.8Ma一直在減小,而其含量卻一直增加。7.6～6.0Ma粗粒組分的粒度明顯粗,變化幅度也較大,其含量與粒度有同步變化的特征;6～5Ma粗粒組分的粒度逐漸減小,含量也在減小;5.0～0.8Ma粗粒組分的粒度含量保持在穩定的水平上,并且存在較小幅度的波動;進入第四紀大冰期,粗粒組分突然變粗,并在2.8～2.7Ma存在一個粒度特別粗的事件,是整個風成序列中最粗的時段;進入第四紀,雖然粗粒組分也有不太明顯的變粗趨勢,但最主要的特征是冰期-間冰期粒度的大幅度粗細波動,即冰期變粗間冰期變細。粗粒組分的百分含量變化趨勢比其粒度大得多,它在過去7.6Ma以來一直在增加,其階段性也是很明顯的。在最初的7.6～6.2Ma,含量總體較低,只是在早期有一個高含量的時段;從6.2Ma開始,含量快速增加至30%的水平;在6.2～5.0Ma期間有略微減小的趨勢;6.2～2.8Ma,含量只有緩慢增加的趨勢,基本特征是在同一水平上小幅度波動;自2.8Ma開始,細粒組分的含量增加趨勢變得明顯,這個增加趨勢一直持續到0.9Ma;而0.9Ma以來,細粗部分含量進一步增加,到末次間冰期達到了65%的平均水平。第四紀時期粗粒組分的含量在軌道尺度上與粒度基本同步大幅度變化,其基本特征是在增加的趨勢上,冰期增加間冰期減小。細粒組分的變化較粗粒組分小一點,其粒度的總體特征是7.6Ma以來一直在減小,但是階段性也非常明顯,最初的7.6～6.2Ma粒度較粗,是整個時段中最粗的時期,其眾數粒徑大致在8～15μm間波動;從6.2Ma開始,快速變化為6μm;其后的6.2～2.8Ma期間粒度只有較小的變化趨勢,并存在小幅度的波動;進入第四紀,細粒組分的粒度變化也不如粗粒組分的明顯。細粒組分的百分含量變化與粗粒組分的變化完全相反。在整個7.6Ma以來,細粒組分的百分含量一直在減小,其階段性也是很明顯的:在最初的7.6～6.2Ma,其百分含量較高,占全樣的70%～80%,并且在初期含量略低一點;從6.2Ma開始,快速減少至50%左右;在6.2～5.0Ma期間有略微增加的趨勢;在5.0～3.4Ma期間保持在60%的水平上,同時存在小幅度的波動;從3.4Ma開始,粗粒組分的含量一直在增加,這種增加的趨勢一直保存到現代。進入第四紀,細粒組分的百分含量與粗粒組分一樣,表現出明顯的冰期間冰期波動,即冰期減小間冰期增加。趙家川剖面的沉積速率變化(見圖2)趨勢與靈臺(見圖1)一致,且更明顯一些。第三紀的紅粘土沉積速率較低,大致為0.8～1.0cm/ka,也存在幾個變大的時期,但變化幅度小得多。自2.8Ma開始沉積速率明顯變大,并且變化幅度也增大。但變化最主要發生在冰期,間冰期的沉積速率與第三紀相比只有少量增加。冰期沉積速率自2.8Ma至0.6Ma一直在增加,到0.6Ma時增加至27cm/ka的峰值,自0.6Ma開始有所減小,但仍然保持在較高的水平。需要說明的是,除了粒度和沉積速率,趙家川剖面的指示季風氣候的地球化學指標也在主要界線上有明顯相似的變化。2.3ma:粗粒組分的粒度、精變化及沉積速率西峰巴家咀剖面只給出了6.5～2.2Ma的粒度數據(圖3,序列的年代標尺來自文獻),但趨勢和細節變化都是很明顯的。粗粒組分的粒度總體趨勢是在變大。在6.5～5.2Ma的初期,粗粒組分較粗,并存在大幅度的變化,其含量則較小;在5.2～3.4Ma的紅粘土中部,粗粒組分的粒度穩定在較低的水平上,并存在小幅度的波動;自3.4Ma開始,粗粒組分的粒度突然增加至32～35μm的平均水平,其含量雖然在3.4Ma突然減小,但以后一直在增加,至2.8Ma,粗粒組分的粒度達到了峰值,是整個時段的最粗時期。細粒組分的粒度趨勢變化與粗粒組分基本一樣,總的特征是自下往上變粗,但最初的6.5～5.2Ma的趨勢是變細的;5.2～3.4Ma細粒組分的粒度逐漸變粗,但變率不大;3.4Ma開始粒度由原來的4μm快速增加至6μm,并在3.4～2.2Ma之間仍然保持著粒度變粗的趨勢;2.8Ma也是全時段中粒度最粗的時期。細粒組分含量的總體變化趨勢是減小的,自6.5Ma的70%～80%一直減小到2.2Ma的50%～60%,但是存在幾個特征時段,如5.0Ma,3.6Ma和2.8Ma左右都存在著含量較小的時期。西峰巴家咀剖面的沉積速率與趙家川剖面基本一致。在6.5Ma以來的整個時段里,沉積速率階段性增加,在6.5～2.8Ma的晚第三紀時期,雖然沉積速率總的來說是增加的,但也存在變化,其總體特征是,6.5～5.0Ma之間沉積速率呈減小趨勢;5.0～4.5Ma之間是最低谷;從4.5Ma開始緩慢增加,這種增加趨勢保存到2.8Ma;自2.8Ma開始,沉積速率發生了實質性的變化,自晚第三紀的2～3cm/ka的平均水平增加到15～20cm/ka的早第四紀冰期的水平。相對于第三紀而言,第四紀間冰期沉積速率仍然是升高的,但在間冰期期間沉積速率基本相當,冰期之間的沉積速率變化則較明顯,其特征是:從2.8～0.6Ma,冰期的沉積速率增加,到0.6Ma達到了35～40cm/ka的峰值,0.6Ma以來,冰期沉積速率則略微降低,保持在25cm/ka的水平。2.4粗粒與細粒的變化圖4給出了洛川剖面最近2.8Ma粗、細粒組分粒度和百分比序列,便于層位對比還給出了磁化率曲線。我們看到,粗粒和細粒組分最顯著的變化特征是萬年尺度的冰期旋回中兩個組分具有一致的變化。就冰期旋回中變化的幅度而言,兩個組分從0.9Ma以來明顯增大,這一方面說明了第四紀冰期旋回中高空氣流與低空氣流具有一致的變化行為,同時也說明,整個大氣環流在軌道尺度的氣候變化中的波動幅度從0.9Ma開始有增大的趨勢。仔細觀察兩個組分的粒度曲線會發現,細粒組分相對于粗粒組分更容易變化,這一點在千年尺度的氣候事件上表現更為明顯。在粗粒組分上存在的事件,細粒組分上都有,且幅度大得多;在粗粒組分中不明顯的氣候事件在細粒組分中仍很明顯,這些特征似乎說明高空氣流強度的變化比近地面氣流更敏感。更有意義的是粗粒和細粒組分的變化趨勢,粗粒組分的粒度在2.6～1.2Ma期間基本上在相同的水平上波動,從1.2Ma開始變粗,這種趨勢一直保持到現代。細粒組分的變化趨勢與之相應,從2.6～0.9Ma在一個略微變粗的趨勢上波動,而從0.9Ma開始粒度突然變小,并在最近0.9Ma一直保持著變細的趨勢。有趣的是粗粒和細粒的相對百分比,從圖4可以看出2.6～1.2Ma的粗/細比保持在約55%的平均水平上波動,而從1.2Ma開始粗粒百分比快速增加,這種趨勢也保持到現代,其中變化最快的是1.2～0.9Ma。粗粒與細粒的這些變化特征說明:1)第四紀冰期旋回中低空季風環流和高空西風環流在萬年尺度的變化中是有同步變化特征;2)強度變化趨勢相反,低空季風環流從1.2Ma開始緩慢加強而高空西風環流強度則從0.9Ma開始減弱。高空西風急流對黃土的貢獻從1.2Ma開始快速減小而低空季風環流對黃土的貢獻則相對增加,這一重要轉換發生在約1.2～0.9Ma的中更新世。洛川剖面的沉積速率比其他剖面相同地層都要小,但最近2.8Ma以來的時間里變化趨勢與其他剖面相同。自2.8Ma開始,沉積速率自晚第三紀的1cm/ka的平均水平增加到3cm/ka的早第四紀冰期的水平。從2.8～1.2Ma,冰期的沉積速率只有少量增加,自1.2Ma冰期沉積速率突然達到25～30cm/ka的峰值,0.6Ma以來,冰期沉積速率則略微降低,保持在20cm/ka的水平。3關于全球循環的發展3.1氣氣形勢變化對中國北方大氣環流的影響對于幾十萬年至百萬年尺度的趨勢變化的氣候機制,普遍認為構造運動產生的氣候效應和全球冰量的演化是主要驅動因素。這兩者在新生代有著不同的變化趨勢,我們試圖通過對比粒度趨勢變化的特征來分析冰量和構造因素對中國北方大氣環流演化的貢獻。一般認為,全球冰量特別是北半球冰量主要通過冷空氣活動對蒙古高壓的影響來影響東亞季風環流,并通過高低緯之間的溫度梯度來影響西風環流的位置和強度。我們知道,全球冰量在新生代演化的基本特征是在波動的同時冰量逐漸增加。本文研究的幾個序列都有一致的趨勢變化,即最近7Ma以來高空西風環流和低空季風環流都在加強,所以,中國北方的大氣環流演化中冰量的貢獻是肯定的。然而,中國風塵序列的粒度所指示的幾次大氣環流的階段性變化,顯然無法用冰量的變化來解釋,而與構造運動特征相似。普遍認為,青藏高原隆升對晚新生代中國北方的大氣環流系統的大尺度調整起著決定性作用。新生代高原隆升的基本特征是其多階段性,這與粒度所指示的大氣環流趨勢變化的轉型事件有相似之處。研究表明,青藏高原對西風環流的強迫性調整主要表現在使西風帶分裂為南北兩支,并強迫部分西風急流爬行繞流,結果使高原東側的環流強度減弱。青藏高原隆升對低空環流的作用主要表現在高原隆升加速或引發了季風環流的建立,從而使中國北方的低空環流由隆升前的行星風系(西風帶)被階段性加強的季風環流取代。地質證據和青藏高原隆升驅動的東亞季風演化[21,22,23,24,25,26]都一致表明青藏高原在1.2～0.6Ma的中更新世是一次重要的隆升時期。進一步的研究認為,這一階段的隆升不僅使主高原面上升到了與現今相當的高原,而且可能在冰期時高原面上發育了大規模冰川,從而使主高原面進入冰圈。青藏高原進入冰凍圈后下墊面狀況將發生實質性的改變,對季風環流的加強是明顯的。近年的研究已明確提出了中更新世黃土高原粉砂層的形成與青藏高原冰凍圈形成的成因聯系。看來青藏高原中更新世隆升至少可從兩個方面對中國北方大氣環流產生影響,一是隆升對大氣環流的直接改造與強迫作用,二是高原下墊面的實質性改變對環流的作用。以上這些粒度組分反映的第四紀大氣環流的調整與第四紀青藏高原隆升的研究是相吻合的。所以,黃土中粒度組分指示的中國北方大氣環流演化,不僅揭示了中國北方低空季風環流和高空西風環流由于青藏高原隆升導致的一系列調整歷史,同時也從風塵沉積學方面提供了大氣環流證據,佐證了青藏高原的隆升對中國北方大氣環流的決定性作用。為了更清楚地分析晚新生代以來風塵序列粒度組分的趨勢變化及其空間分異的特征,將4個剖面的粒度時間序列放在同一張圖中(圖5),所有的粒度和沉積速率都使用同一標尺。幾個剖面中粗粒組分和細粒組分都表現出相同的趨勢變化。粗粒組分粒度變化的基本特征是,7～5Ma有一個緩慢減小的趨勢,從5Ma以來一直在增加,這些特征在靈臺、西峰和趙家川3個剖面上都有明顯表現。然而,粗粒組分含量在這一時期是增加的,這種特征指示著,自8～7Ma以來至5Ma,近地面冬季風環流強度存在著減小的趨勢,但其對粉塵的貢獻是增加的。這一特征與深海氧同位素記錄的變化相一致,印證了全球冰量減小對中國北方大氣環流的作用。幾個序列從5Ma以來,粗粒組分的粒度和百分含量表現出一致的增加趨勢,在這一趨勢的基礎上存在著明顯的階段性變化,其中最矚目的是2.8Ma全球冰期旋回以來粗粒組分的突然變粗,與此同時,其對粉塵的貢獻也在大幅度增加。這種情況在0.9Ma以來進一步發展。這一粒度特征指示著冬季風環流在3.4Ma,2.8Ma和0.9Ma時期的加強過程。雖然這一大的趨勢與全球冰量的變化基本一致,但其階段性發展似乎反映了亞洲冬季風環流較冰量之不同所在,可能與青藏高原的隆升有關。更進一步的推測,有理由認為全球冰量在晚新生代的發展似乎與青藏高原隆升有某種聯系。細粒組分的粒度變化與粗粒組分有相似之處,即7Ma到5Ma之間,粒度有稍微變細的趨勢,5Ma以來又緩慢變大的趨勢。但這種趨勢比粗粒小得多,指示著高空西風氣流與季風氣流在晚新生代發生了同樣的變化,它們在3.4Ma,2.8Ma和0.9Ma的3個時段突然變化也比較明顯。細粒組分的百分含量在趨勢上與粗粒組分成消長關系,即7Ma以來高空西風氣流對粉塵的貢獻逐步減小,揭示了晚新生代以來西風環流強度與低空季風環流一樣在加強,但對粉塵的貢獻在不斷減小,可能指示著隨著青藏高原的階段性隆升,風塵區近地面氣流由原來的西風氣流主導轉變為季風氣流主導的大氣環流轉換過程。對比幾個序列還可以清楚地看到,粗粒組分和細粒組分粒度的橫向分異是很明顯的。其中,西峰剖面、趙家川剖面和洛川剖面較為接近,而靈臺剖面與它們的差別較大。從單個樣品的粒度分布也可以看出靈臺剖面有不同之處,即背景粉塵在全樣中的比重比其他地區大,可能與剖面所處的地理位置有關。西峰剖面與趙家川剖面雖然相距只有三十多公里,但其差別也是明顯的,最顯著的不同是粗粒組分差別較大,而西峰剖面的趨勢變化規律也較差,其中有好多信息與局部地區引起的局部氣候有關,而與大尺度的季風環流和西風環流關系并不大。趙家川剖面和洛川剖面要穩定的多,無論在趨勢變化還是細節變化上代表性都要好一些,可能較客觀地反映了大尺度的季風環流和西風環流。對比幾個剖面的沉積速率變化可以看出,除靈臺剖面外,西峰、趙家川和洛川剖面都有一致的特征,即沉積速率自7Ma開始到5Ma達到了低谷,5Ma以來一直在增加。其中,顯著的變化發生在3.4Ma,2.8Ma和0.9Ma,這幾個界線與粒度變化是同步的。我們知道,沉積速率是搬運粉塵的風的頻次和強度的綜合指標,它與粒度變化的幾個一致界線意味著這些界線可能是由風動力加強引起的,而在趨勢變化中,沉積速率的變化比粒度的變化大得多,這種差異可能指示了干旱化程度對粉塵沉積速率的貢獻,即中國北方風塵區的干旱化程度自7Ma干旱化開始以來,在初級階段有所減緩,而隨后干旱化趨勢一直在加劇。沉積速率的突變發生在2.8Ma和0.9Ma。靈臺剖面的沉積速率比較特殊,代表性較差,與其他剖面相比,第三紀紅粘土沉積速率較高,第四紀黃土古土壤序列較低。整個靈臺剖面的沉積速率變化不大。3.2洛川剖面的對比分析為了便于說明萬年軌道尺度和千年尺度的氣候變化,我們將分