人类起源及演化与地球系统环境演化相互关联的科学研究不仅是传统第四纪研究的关键内容之一,也是当今宜居地球研究的首要问题。文章回顾了黄土高原及邻近地区第四纪地层中发现的重要古人类遗存(包括古人类化石和旧石器)的主要成就,阐述了前人提出的“黄土石器工业”和“黄土地质考古带”研究思路的萌生和发展历程,介绍了学者们运用黄土-古土壤序列对第四纪不同类型沉积物中埋藏的古人类遗存研究的概况。在此基础上,根据前人的大量资料以及笔者自身数十年积累的第一手调查研究数据,提出了一种新的科学思路:针对“全球变化”研究中的薄弱环节,运用独一无二的中国黄土连续序列的“地圈”优势,去寻找“生物圈”古人类活动的连续“序列性”踪迹,研究古气候古环境演化对古人类生存环境的制约及其反馈等重大科学问题。以新的思路和科学问题为宗旨,运用黄土-古土壤序列标准年代框架标尺,以蓝田地区上陈、公王岭、陈家窝、吉家湾-甘峪-刁寨剖面的含石器或古人类化石的26个黄土-古土壤组合旋回(其中包括21个古土壤层和15个黄土层)为基础数据,初步构建了一个年代大约2.12~0.01 Ma B. P.的较高分辨率的古人类古文化演化序列——“黄土-古土壤-古人类遗存序列”框架,期望为人类演化和黄土环境研究拓展新路。
由于沉积环境的差异,古土壤较上覆黄土致密,其饱和渗透系数应低于黄土,但试验结果却显示二者的饱和渗透系数相近。为揭示这一现象的机理,在陕西泾阳南黄土塬开挖33m的探井,沿井壁按1m间距取黄土和古土壤原状试样,进行变水头渗透试验,测定试样的饱和渗透系数。同时用压汞试验(mercury intrusion porosimetry,MIP)及扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试分别获取试样的孔隙分布曲线和微观结构图像,以分析黄土-古土壤饱和渗透性与孔隙分布特征的关系。结果表明:(1)黄土-古土壤地层的饱和渗透系数整体上沿深度方向规律性减小,但相邻黄土和古土壤层的饱和渗透系数无明显差异;(2)MIP及SEM测试结果表明,黄土结构均匀、孔隙大小较为一致,而古土壤具有不均匀的团块-裂隙结构,虽然团块内部较黄土致密,但团块间存在裂隙;(3)饱和渗透系数的大小取决于透水孔隙的体积分数,其中黄土的透水孔隙主要为较大孔隙(孔径>2μm),而古土壤的透水孔隙主要为团块间的微裂隙,虽然二者渗透系数相近,但渗透机理完全不同。为研究黄土与古土壤的孔隙分布特性和解决黄土区工程建设中的问题提供了理论依据。
若尔盖盆地黄土—古土壤序列较好地记录了古湖泊消失后的地表过程及演变。本文选取玛曲段黄河二级阶地欧强村剖面为研究对象,对其粒度、磁化率、总有机碳(TOC)、色度、元素等进行分析,利用光释光(OSL)方法测年断代。结果表明:(1)黄河二级阶地在10 ka BP前后开始接受连续的风尘堆积,发育的黄土—古土壤序列年代由下至上依次为河流相沉积物(T_(2-al),>10.0 ka)→黄土(L1,10.0—8.5 ka)→古土壤(S_(0),8.5—3.0 ka)→现代表土(L_(0)+MS,3.0—0 ka)。(2)欧强村剖面整体上处于以斜长石风化分解为主、钾长石尚未分解的初等化学风化阶段(CIA值在48.20~63.08之间),与黄土层相比,古土壤S0风化程度有所增强(CIA值60.83),但增强程度有限。(3)10 ka BP前后,若尔盖盆地气候干冷,风沙活动盛行,平缓的阶地面上开始接受持续的风尘堆积(形成黄土L1);8.5 ka BP前后,气候温湿,风沙活动明显减弱和风化成壤作用占主导,区域上形成了以黑灰色为特征的古土壤S_(0);3.0 ka BP前后,气候转为较冷干,风沙活动强烈,古土壤S0发育中断和被黄土L0所覆盖,形成了现代土壤MS。(4)若尔盖盆地黄土—古土壤序列在宏观形态、地层年代和物性参数方面与黄土高原可进行良好对比,但这些参数的绝对值和变化幅度差异显著,暗示高寒区(若尔盖盆地)这些参数的环境意义可能与季风湿润区(黄土高原)有所不同。本文可为若尔盖盆地风积物的年代学研究和环境信息的提取提供基础数据支撑。
