張玲，楊小強(qiáng)，商圣潭，張庭偉，李冠華，阮驕楊

中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，珠海 519000

在有人類(lèi)歷史記載以來(lái)，氣候變化模式與人類(lèi)活動(dòng)的相互作用備受關(guān)注。比如最受人們關(guān)注的中世紀(jì)暖期和小冰期等時(shí)期的溫度和水文變化，無(wú)數(shù)科學(xué)家已進(jìn)行了大量的研究，但在區(qū)域空間變化特征和動(dòng)力機(jī)制等方面，目前仍然是國(guó)內(nèi)外學(xué)者討論的焦點(diǎn)[1-3]。已有的研究表明，熱帶輻合帶的南北移動(dòng)[4-5]、海陸熱力差異[6]和ENSO活動(dòng)的強(qiáng)弱[7]等，是影響亞洲季風(fēng)區(qū)和熱帶區(qū)域千年以來(lái)不同降雨格局的主要因素[7-9]，但亞洲季風(fēng)動(dòng)力學(xué)復(fù)雜的控制過(guò)程和多變的內(nèi)在機(jī)制使得上述觀點(diǎn)仍存在爭(zhēng)議，尤其是類(lèi)厄爾尼諾和類(lèi)拉尼娜現(xiàn)象對(duì)中國(guó)北方、南方、東南亞和西太平洋等不同區(qū)域降雨時(shí)空模式的影響存在諸多的不確定性[6-7,10-12]。

歷史時(shí)期，這些不同的氣候條件直接影響了區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、人口密度、人口遷徙和文明演變[13-16]；而另外一方面，在某些情況下，強(qiáng)烈的人類(lèi)活動(dòng)也可能會(huì)影響環(huán)境的變化，導(dǎo)致水土流失、土地荒漠化[17-19]以及沙塵暴頻發(fā)等惡劣氣候的出現(xiàn)[20]。雖然區(qū)域內(nèi)氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)關(guān)系的探究已屢見(jiàn)不鮮，但二者之間的響應(yīng)在宏觀地理尺度上的聯(lián)系仍知之甚少。

本文選擇西沙群島的東島牛塘湖泊近1000年以來(lái)的沉積物，以珊瑚砂粒度組分含量和環(huán)境磁學(xué)參數(shù)為替代指標(biāo)，討論熱帶區(qū)域百年時(shí)間尺度的降雨變化和可能的人類(lèi)活動(dòng)歷史，并通過(guò)對(duì)比中國(guó)北方近千年以來(lái)的強(qiáng)沙塵暴記錄，探討中國(guó)北方粉塵事件傳輸至低緯度區(qū)域的可能性及其區(qū)域氣候響應(yīng)特征。

1 研究材料與方法

1.1 采樣位置與樣品描述

東島（16°39′～16°41′N(xiāo)、12°43′～112°45′E）位于西沙群島東部（圖1），是一長(zhǎng)橢圓形的熱帶珊瑚島嶼，發(fā)育在獨(dú)立的礁盤(pán)上，大約形成于全新世晚期，海拔3～6 m。東島四周高，中間低，其東、南、西部均被沙堤包圍，沙堤高約6 m；沙堤之內(nèi)是平坦的盆地，海拔約3 m。牛塘是東島內(nèi)部一個(gè)長(zhǎng)約120m、最寬約20m的淡水湖，位于島的西南側(cè)，距離海邊的沙堤約120m[21]。

圖1 西沙群島、采樣鉆孔及公海湖位置a.西沙群島以及公海湖的位置（黑色方框?yàn)槲魃橙簫u的位置，紅色圓點(diǎn)為公海湖的位置）; b.東島的位置（黃色方框?yàn)榕Ｌ梁吹奈恢茫? c.鉆孔位置（黃色虛線為牛塘湖泊大體邊界，紅色方塊為鉆孔位置）。Fig.1 Map of Xisha Islands and Gonghai Lake showing the location of the boreholesa.The location of Xisha Islands and Gonghai Lake (the black box is the location of Xisha Islands and the red dot is the location of Gonghai Lake); b.The location of the Dongdao Island (the yellow box is the location of Cattle Pond); c.Borehole location (the yellow dotted line is the boundary of Cattle Pond,the red square is the drilling location).

2018年在牛塘湖泊的東南部以重力活塞取樣的方式鉆取了3條長(zhǎng)約80cm的鉆孔（圖1），編號(hào)分別為DD、DD-1和 DD-2，本文主要研究鉆孔DD-1。鉆孔頂部約5cm的沉積被嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，取樣時(shí)沒(méi)有保存。鉆孔整體巖性為珊瑚砂，頂部為淺灰色至灰褐色的黏土質(zhì)珊瑚較粗砂，含動(dòng)物糞便纖維、植物殘?bào)w以及微體生物，中部為淺灰褐色細(xì)粒砂質(zhì)沉積物，底部為淡黃色較粗粒砂質(zhì)沉積物，含白色珊瑚、貝殼碎屑較多。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)DD-1鉆孔以0.5cm為間隔進(jìn)行連續(xù)取樣，共采取樣品124個(gè)。從每個(gè)樣品中取2 g左右用聚乙烯保鮮膜包裹，置于規(guī)格為2cm×2cm×2cm的無(wú)磁性塑料盒中，壓實(shí)固定后用于磁學(xué)參數(shù)測(cè)量；同時(shí)采取平行樣品冷凍干燥，充分分散之后進(jìn)行沉積物粒度測(cè)試。

對(duì)所有盒裝樣品進(jìn)行如下環(huán)境磁學(xué)實(shí)驗(yàn)。首先在卡帕橋MFK1-FA磁化率儀進(jìn)行高、低頻磁化率測(cè)試，測(cè)試頻率分別為15616和976 Hz，場(chǎng)強(qiáng)為200 A/m。對(duì)測(cè)量完磁化率的所有樣品，施加80mT的交變場(chǎng)和0.05 mT的直流場(chǎng)，測(cè)量非磁滯剩磁（ARM）；之后，對(duì)樣品分別施加1000、–100和 –300mT的脈沖場(chǎng)，測(cè)量相應(yīng)的等溫剩磁（IRM），兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均利用2G-760 超導(dǎo)磁力儀測(cè)量。1000mT場(chǎng)強(qiáng)時(shí)的剩磁視為飽和等溫剩磁（SIRM）。用（SIRM+IRM?300mT）/2計(jì)算得到HIRM,一般表示樣品中赤鐵礦的含量，S300=（IRM?300mT/SIRM）一般表示樣品中高矯頑力礦物的相對(duì)含量（IRM?300mT指的是?300mT時(shí)的剩磁），ARM/SIRM表示磁性礦物粒度的相對(duì)大小。根據(jù)SIRM的變化，分別選擇其高、低值處的代表性樣品進(jìn)行磁滯回線以及磁化率隨溫度變化的實(shí)驗(yàn)，識(shí)別磁性礦物的類(lèi)型。磁滯回線在MicroMag3900振動(dòng)磁強(qiáng)計(jì)完成，最大磁場(chǎng)為1 T。磁化率隨溫度變化實(shí)驗(yàn)在MFK1-FA磁化率儀完成，溫度區(qū)間為室溫至700 °C。

采用振動(dòng)篩析法對(duì)樣品進(jìn)行粒度分析。將凍干分散后的樣品置于分析篩上，充分振蕩進(jìn)行篩分。篩子直徑分別為5、2、1、0.5、0.25、0.125、0.063 mm，分別對(duì)篩分后各個(gè)粒級(jí)的物質(zhì)進(jìn)行稱(chēng)重。

ARM和IRM實(shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）古地磁實(shí)驗(yàn)室完成，其他實(shí)驗(yàn)在中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

2 鉆孔沉積物年代框架

在3個(gè)鉆孔中挑選粒徑＞0.125 mm的底棲有孔蟲(chóng)、植物種子和貝殼共20個(gè)樣品，加入500 μL乙醇放置在超聲波振蕩儀中清洗30 s，并用純水清洗之后，送往Beta實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行AMS14C測(cè)年,測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。測(cè)年數(shù)據(jù)用Calib 704軟件校正至日歷年齡，由于東島“牛塘”為淡水湖泊，校正曲線采用Intcal 13。

由表1可見(jiàn)，3個(gè)鉆孔的測(cè)量年齡均存在倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，甚至同一層位植物種子和有孔蟲(chóng)的年齡也存在很大差異。為建立可靠的沉積物年齡模式，首先基于沉積物巖性和磁化率的變化，對(duì)3個(gè)鉆孔進(jìn)行對(duì)比，確定不同鉆孔沉積物的對(duì)比方案，然后對(duì)3個(gè)鉆孔的年齡進(jìn)行綜合分析，挑選合適的測(cè)年數(shù)據(jù)進(jìn)行年齡框架的重建。3個(gè)鉆孔為相鄰的平行鉆孔，巖性變化代表了相同的沉積過(guò)程，而磁化率的相對(duì)大小變化是巖性變化的良好反映。以顯著的巖性變化為標(biāo)志、以磁化率值的高、低變化為可對(duì)比層位，建立3個(gè)鉆孔沉積物的分布模式（圖2）。根據(jù)3個(gè)鉆孔磁化率的對(duì)比，DD-1鉆孔21.5cm和50cm兩個(gè)層位的測(cè)量數(shù)據(jù)900±30 a、700±30 a應(yīng)該為異常數(shù)據(jù)，在建立年齡模式時(shí)刪除。根據(jù)前人對(duì)在同一湖泊沉積頂部210Pb的測(cè)量結(jié)果，頂部約13cm的沉積年代為1861—2003年，約20～21cm處的AMS14C年齡為1476—1661AD（2 sigma）[22]。可能由于打鉆過(guò)程中的壓實(shí)作用，DD-1鉆孔在約10cm處的AMS14C測(cè)年結(jié)果與前人在20～21cm處的基本相同，沉積厚度減小一半，估算近100年來(lái)的沉積可能只有約5～6cm厚。而在打鉆的過(guò)程中頂部約5cm的樣品由于擾動(dòng)未取樣，故無(wú)法對(duì)沉積鉆孔頂部進(jìn)行年齡限定。對(duì)DD-1鉆孔其他數(shù)據(jù)，使用基于R語(yǔ)言的Bacon程序建立年齡-深度模型（圖3）[23]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 沉積物粒度分布及湖泊水動(dòng)力條件變化

沉積物顆粒物質(zhì)主要為珊瑚砂，含有介形蟲(chóng)和有孔蟲(chóng)等微體生物。通過(guò)體視顯微鏡觀察，當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)，微體生物含量低，而當(dāng)珊瑚砂等含量高時(shí)，微體生物的含量也相對(duì)增加，其在珊瑚砂中的占比基本不變。從測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)（圖4），沉積物主要為1～0.063 mm的珊瑚砂（平均含量約81%），僅有個(gè)別樣品存在＞5 mm的成分，＜0.063 mm的珊瑚砂含量低于25%。5～0.125和＜0.063 mm兩個(gè)端元的組分呈相反的變化趨勢(shì)，代表了兩種不同的水動(dòng)力條件。前者表示水動(dòng)力條件較大，后者表示水動(dòng)力條件較小。水動(dòng)力條件的變化可以分為3個(gè)過(guò)程，即公元1000—1100、1100—1400年和1400年之后，水動(dòng)力從強(qiáng)-弱-較強(qiáng)的變化。

表1 DD-1、DD-2和DD鉆孔樣品AMS 14C年齡測(cè)定結(jié)果Table 1 AMS 14C dating results of core DD-1,DD-2 and DD

3.2 磁性參數(shù)與碎屑物質(zhì)輸入量變化

典型樣品的磁滯回線結(jié)果表明，沉積物中磁性礦物類(lèi)型的變化分為兩大類(lèi)（圖5）。第一種類(lèi)型的沉積物具有軟磁性物質(zhì)主導(dǎo)的磁滯回線特征，在200mT時(shí)可以達(dá)到閉合，矯頑力（Bc）為9～17mT，這種類(lèi)型的沉積物具有較高的SIRM值；而另一種類(lèi)型為抗磁性物質(zhì)主導(dǎo)，飽和磁化強(qiáng)度（Mr）為負(fù)值，這種類(lèi)型的沉積物具有很低的SIRM值。平行樣品的磁化率隨溫度變化曲線進(jìn)一步表明，對(duì)第一種類(lèi)型的沉積物，加熱曲線的磁化率在約585 °C有明顯的快速衰減，表明了磁鐵礦的存在。兩種類(lèi)型的沉積物（頂部具有最高SIRM值的沉積物除外）加熱曲線在200～400 °C之間隨溫度升高磁化率均顯著下降，有可能是樣品中的抗磁性物質(zhì)隨溫度變化對(duì)磁化率的影響加大，但不能排除沉積物中可能含有磁赤鐵礦。冷卻曲線在約585 °C有明顯的升高，之后變化相對(duì)平緩，其值低于初始磁化率值，或者基本相等，表明在加熱過(guò)程中沒(méi)有明顯的新的磁鐵礦產(chǎn)生，樣品中磁鐵礦的信息應(yīng)該來(lái)自原始沉積物。

非磁滯剩磁（ARM）和飽和等溫剩磁（SIRM）表示沉積物中磁性礦物濃度的變化，前者對(duì)穩(wěn)定單疇的細(xì)粒物質(zhì)更為敏感[24]。柱狀剖面中，磁性參數(shù)最顯著的變化在約1600 AD 之后，SIRM和HIRM比前期高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，顯示磁性礦物濃度的快速增加；S300比值保持在0.9以上，沒(méi)有明顯的降低，ARM/SIRM減小，表示磁性礦物的類(lèi)型沒(méi)有發(fā)生大的變化[25]，粒度有所變粗[26]。SIRM另一比較明顯的較高值發(fā)生在1120—1250 AD，同樣ARM/SIRM也減小。這兩處磁性參數(shù)明顯變化的時(shí)期，反映了陸源的碎屑物質(zhì)輸入量增加，與中國(guó)歷史文獻(xiàn)記錄中強(qiáng)風(fēng)塵天氣發(fā)生頻次較高的記錄一致[27]，該時(shí)期伴隨著湖泊粗顆粒物質(zhì)的減小。整個(gè)鉆孔中沉積物（SIRM+IRM-100mT）/SIRM與HIRM/SIRM呈現(xiàn)基本一致的趨勢(shì)，表明沉積物中矯頑力大于100mT的磁性礦物主要是高矯頑力礦物（圖6）。

圖2 3條鉆孔巖性和磁化率對(duì)比綠色數(shù)字為異常年齡點(diǎn)，紅色數(shù)字為正常測(cè)定年齡；紅色虛線代表3條鉆孔對(duì)應(yīng)的沉積層位。Fig.2 Comparison of lithology and magnetic susceptibility of core DD-1,DD-2 and DDThe red numbers represent the normal ages while the green numbers represent the uncertain ages; The red dotted lines show the correlation depositional horizons among three boreholes.

4 討論

4.1 過(guò)去近千年西沙群島降雨與季風(fēng)氣候的反向變化

一般情況下，封閉性湖泊的沉積物粒度能夠反映湖泊水位的上升或下降，粒度越細(xì)表示湖泊水位越高[28]。但是牛塘湖泊位于珊瑚礁之上，湖泊四周為珊瑚砂，具有較高的孔隙度，水體易與海水之間相互滲透，使得牛塘的水位持續(xù)保持在0.5 m左右的狀態(tài)[21]，湖泊沉積物的粒度可能并不反映湖泊水位的變化，而是表示將珊瑚砂從四周匯水面積區(qū)搬運(yùn)至沉積區(qū)的水動(dòng)力強(qiáng)度的大小[22,29]。在降雨期間，來(lái)自于沙堤的漫流將坡面及周邊物質(zhì)搬運(yùn)至湖泊中沉積[22]。由于沙堤的阻隔，當(dāng)海平面低于湖泊沙堤之下時(shí)，一般正常的海浪對(duì)湖泊的珊瑚砂不產(chǎn)生影響。同時(shí)，整個(gè)鉆孔沉積物主要由白色的珊瑚砂組成，沉積物呈現(xiàn)貧有機(jī)質(zhì)的特征，說(shuō)明沙堤植被覆蓋變化不大，對(duì)源區(qū)沉積物粒度變化的影響較小。整條鉆孔中，沉積物中主要為1～0.063 mm的珊瑚砂，部分樣品＞0.5 mm百分含量非常低，部分樣品無(wú)＞1 mm的珊瑚砂，0.125～0.5 mm主要為珊瑚砂和微體生物殼體。由此可以認(rèn)為排除微體生物殼體的影響之后，湖泊沉積物中顆粒珊瑚砂的含量（這里用0.125～0.5 mm的珊瑚砂含量表示），可以作為搬運(yùn)水動(dòng)力強(qiáng)弱的指標(biāo)，其值越大，說(shuō)明水動(dòng)力較強(qiáng)，降雨量較大。而一些特別突然的粗顆粒含量沉積段（圖4，這里用＞5 mm表示），可能表示異常風(fēng)暴潮等海洋因素對(duì)珊瑚砂的影響。

圖3 牛塘湖泊沉積DD-1柱狀樣年齡-深度模型實(shí)線代表平均年齡，左側(cè)虛線代表最小年齡，右側(cè)虛線代表最大年齡，三角形點(diǎn)代表校正后的測(cè)量數(shù)據(jù)，三角形點(diǎn)所在的線代表年齡誤差。Fig.3 Age-Depth model of borehole in Cattle PondThe solid line represents the mean age; The left and right dotted lines represent the minimum and the maximum age respectively; The triangle symbols represent the calibrated AMS14C ages,and the line on the triangle represents the age error.

圖4 鉆孔沉積物粒度組分變化灰色陰影表示水動(dòng)力條件較強(qiáng)。Fig.4 The fraction variations of the different grain particle size of the borehole sedimentsThe gray bar marked the stronger hydrodynamics condition.

對(duì)比東島湖泊沉積物粒度0.125～0.5 mm顆粒含量的變化，同一湖泊的介形蟲(chóng)殼體氧同位素和相鄰的海南島瑪珥湖沉積物的粉砂物質(zhì)含量（圖7 a,b,c），可以發(fā)現(xiàn)近1000年以來(lái)，西沙群島區(qū)域的熱帶降雨呈現(xiàn)3個(gè)階段，即在約1000—1100年降雨較多（圖7 A段），在1100—1400年降雨減少（圖7 B段），而1400年之后是降雨最豐沛時(shí)期（圖7 C段）。較多的降雨使湖泊之中介形類(lèi)殼體的氧同位素偏輕。其中1000—1100年的降雨，強(qiáng)度和范圍較小，沒(méi)有持續(xù)向北傳送至海南島地區(qū)，湖泊之中的水體沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的淡化。西沙群島這一降雨特征與印度季風(fēng)和東亞季風(fēng)強(qiáng)度均呈現(xiàn)反向的變化[30]。1000—1100年是中世紀(jì)暖期中后期全球氣溫較高時(shí)期，西沙群島降雨較多而亞洲季風(fēng)區(qū)降雨較少，主要的驅(qū)動(dòng)因素可能在于該時(shí)期為ENSO頻發(fā)時(shí)期[31]，其給熱帶和陸地季風(fēng)區(qū)域帶來(lái)了不同的降雨過(guò)程。在1100—1400年期間，ENSO活動(dòng)減弱，熱帶輻合帶的向北移動(dòng)促使了季風(fēng)的加強(qiáng)，使季風(fēng)區(qū)域降雨增多而熱帶區(qū)域降雨減少。1400年之后，小冰期時(shí)期全球氣溫下降，ENSO活動(dòng)較弱，熱帶輻合帶回撤，季風(fēng)減弱而熱帶區(qū)域降雨增加。熱帶和季風(fēng)區(qū)域這種在百年尺度的空間降雨變化，表明不同的熱帶海洋過(guò)程對(duì)熱帶和季風(fēng)區(qū)域的降雨變化有不同的模式，ENSO活動(dòng)較強(qiáng)時(shí)，會(huì)在一定程度上抑制季風(fēng)的強(qiáng)度。

4.2 西沙群島區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)記錄

1100—1200年SIRM值相對(duì)前后時(shí)期的增加（圖5），表示陸源碎屑物質(zhì)輸入量的增加。由于其對(duì)應(yīng)粗顆粒物質(zhì)含量減少時(shí)期，由強(qiáng)烈的波浪運(yùn)動(dòng)輸送海洋懸浮搬運(yùn)碎屑物質(zhì)的可能性較小。同時(shí)該時(shí)期處于夏季風(fēng)較強(qiáng)時(shí)期，由季風(fēng)搬運(yùn)遠(yuǎn)源物質(zhì)而使碎屑物質(zhì)輸入增多的貢獻(xiàn)也不可能十分顯著。較多的碎屑物質(zhì)來(lái)源，應(yīng)該反映了島上近1000年來(lái)早期較強(qiáng)的人類(lèi)活動(dòng)。南宋時(shí)期，我國(guó)經(jīng)濟(jì)重心已經(jīng)移至江南地區(qū)，“南重北輕”的經(jīng)濟(jì)格局導(dǎo)致海上貿(mào)易的蓬勃發(fā)展，泉州、廣州、溫州等是海上貿(mào)易的重要港口，而南海又是古代“海上絲綢之路”貿(mào)易的必經(jīng)之處，西沙群島地處南海貿(mào)易航線[34-35]，西沙群島可能成為過(guò)往船只的重要休憩地。西沙華光礁一號(hào)沉船的考古工作，發(fā)現(xiàn)一大批產(chǎn)自南方地區(qū)的外銷(xiāo)瓷器，說(shuō)明華南沿海地區(qū)宋代以來(lái)制瓷手工業(yè)的興盛和外向型生產(chǎn)特征[34-35]，東島牛塘人類(lèi)活動(dòng)的記錄證明了海上絲綢之路在南宋的繁榮發(fā)展。

圖5 典型樣品磁性礦物類(lèi)型Fig.5 Typical magnetic minerals in samples

在1200年之后，隨著元朝建立、海上貿(mào)易活動(dòng)的減弱，西沙群島人類(lèi)活動(dòng)也相對(duì)減弱。公元1600年以后，SIRM表示磁性礦物濃度急劇增加，沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量明顯增高，反映了在該時(shí)期之后，島上人類(lèi)活動(dòng)快速增加，可能與明代海上貿(mào)易的再次繁盛有關(guān)[36-37]。在西沙群島北礁的水下考古調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)了大量明代的文化遺址[38]，證明了該時(shí)期西沙群島是海上貿(mào)易的重要通道。此外，東島至今留存著明朝時(shí)期漁民祭祀的祭壇[39]。同時(shí)，前人研究表明明末清初野牛被帶入東島以及對(duì)鳥(niǎo)糞進(jìn)行開(kāi)采用于農(nóng)業(yè)[40]，這些都證明了在明朝時(shí)期人類(lèi)已經(jīng)在西沙群島活動(dòng)。

4.3 北方沙塵暴事件在西沙群島的記錄

圖7 西沙群島東島牛塘湖泊表示的熱帶降雨與季風(fēng)氣候?qū)Ρ萢.牛塘湖泊沉積物粒度，b.牛塘湖泊介形蟲(chóng)殼體氧同位素[22]，c.海南島雙池嶺瑪珥湖沉積物粒度[32]，d.泰國(guó)Klang洞石筍氧同位素記錄[33]， e.中國(guó)萬(wàn)象洞石筍氧同位素記錄[30]， f.東太平洋加拉帕戈斯群島El Junco湖砂記錄[31]。年齡范圍由4個(gè)全巖有機(jī)碳樣品碳十四年齡測(cè)定限定。Fig.7 Correlation of tropical rainfall and monsoon climate in Cattle Pond,Dongdao Island,Xisha Islandsa.Grain size of sediments in Cattle Pond， b.Oxygen isotope of Ostracoda shells in Cattle Pond[22]， c.Grain-size of sediments in Maar Lake,Shuangchiling,Hainan Island[32]， d.Oxygen isotope records of stalagmite in Kiang Cave,Thailand[33]， e.Oxygen isotope records of stalagmites from the Wanxiang Cave,China[30]， f.El Junco sand record,Gala′pagos Islands,eastern tropical Pacific[31].The age range was restricted by AMS14C of four bulk sediment samples.

近些年來(lái)，眾多學(xué)者探討在中國(guó)北方頻繁發(fā)生的沙塵暴事件和人類(lèi)活動(dòng)之間的關(guān)系。在地質(zhì)歷史記錄中，部分學(xué)者利用東部黃土高原上湖泊沉積的粒度指標(biāo)重建了過(guò)去近2000年的沙塵暴歷史，表明在北宋末年至南宋以及明朝發(fā)生重大沙塵暴事件。他們認(rèn)為沙塵暴發(fā)生在北方降雨相對(duì)豐沛時(shí)期，提出人類(lèi)活動(dòng)是該時(shí)期中國(guó)東部沙塵暴的主要控制因素[20]。

圖8 西沙東島牛塘湖泊記錄的兩次北方沙塵暴事件a 牛塘湖泊沉積物粒度，b 公海湖泊沙塵暴記錄[20]，c 東島粉塵記錄指標(biāo)（HIRM/SIRM）?；疑幱氨硎緝纱紊硥m暴發(fā)生的時(shí)期。Fig.8 Two dust storm events recorded in the lake deposits on Xisha Islandsa.Grain size of sediments in Cattle Pond， b.Dust storm record of Gonghai Lake[20]，c.Dust record proxy of Dongdao Island (HIRM/SIRM).Gray bars represent the periods during which the two dust storms occurred.

在牛塘湖泊的沉積物記錄中，在1000—1200 AD和1450—1600 AD 期間，HIRM/SIRM呈現(xiàn)兩次明顯的波動(dòng)（圖8），表明碎屑物質(zhì)中赤鐵礦含量相對(duì)增多。在這兩次事件發(fā)生時(shí)期，西沙地區(qū)降雨量較多，氣候濕潤(rùn)，原地風(fēng)化作用形成赤鐵礦的貢獻(xiàn)應(yīng)該相對(duì)較小，相對(duì)更多含量的赤鐵礦應(yīng)該來(lái)源于外部的輸入。從湖泊介形類(lèi)的氧同位素值相對(duì)偏輕的特征分析，湖泊水體此時(shí)偏淡水，波浪作用引起的海水入侵可以忽略，相對(duì)更多含量的赤鐵礦最大的來(lái)源應(yīng)該是輸入的粉塵中含量的變化，即HIRM/SIRM的兩次波動(dòng)，是北方同一時(shí)期沙塵暴事件在西沙地區(qū)的記錄。

在北方沙塵暴發(fā)生時(shí)期，較細(xì)的粉塵物質(zhì)經(jīng)過(guò)空氣對(duì)流，進(jìn)入到對(duì)流層甚至平流層，隨空氣的流動(dòng)而長(zhǎng)距離的搬運(yùn)。對(duì)流層低層850hPa風(fēng)場(chǎng)處于海拔1200～1900m的高度上，是近地面摩擦層的界面，與地面之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。850hPa風(fēng)場(chǎng)是粉塵物質(zhì)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵層位[41]。前人通過(guò)對(duì)中國(guó)華南地區(qū)不同高度的水平風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行合成分析，結(jié)果顯示粉塵物質(zhì)輸送至中國(guó)東南沿海的風(fēng)場(chǎng)是850hPa風(fēng)場(chǎng)[42]。當(dāng)空氣中的粉塵物質(zhì)輸送到西沙地區(qū)時(shí)，充足的水汽一方面有利于細(xì)顆粒的粉塵物質(zhì)發(fā)生凝聚，同時(shí)粉塵物質(zhì)也是大氣顆粒物形成云凝結(jié)核、促使降雨形成的有利條件，兩個(gè)方面的綜合作用使粉塵物質(zhì)隨降雨進(jìn)入到湖泊沉積之中。

5 結(jié)論

（1）對(duì)位于西沙群島東島的牛塘湖泊鉆取3根短柱狀樣品，通過(guò)AMS14C測(cè)年和基于巖性、磁化率變化的鉆孔對(duì)比，建立鉆孔地層公元1000—1700年間的年代框架。

（2）對(duì)湖泊沉積物高分辨率的粒度分析和環(huán)境磁學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果分析表明，湖泊沉積物中0.125～0.5 mm珊瑚砂含量代表了該地區(qū)降雨量的變化，其反映的降雨規(guī)律與季風(fēng)氣候呈現(xiàn)相反的模式，即西沙地區(qū)降雨較多時(shí)，季風(fēng)強(qiáng)度較弱。這種變化反映了ENSO活動(dòng)和熱帶輻合帶的移動(dòng)對(duì)熱帶降雨和季風(fēng)氣候的綜合作用結(jié)果。

（3）沉積物中環(huán)境磁學(xué)參數(shù)記錄了島上人類(lèi)活動(dòng)的歷史，公元1100—1200年和1600年之后的兩次磁性礦物濃度的顯著增加，是南宋時(shí)期海上貿(mào)易活動(dòng)繁榮和明末社會(huì)更替的反映;而1000—1200年和1450—1600年兩次赤鐵礦含量的相對(duì)增多，是北方強(qiáng)沙塵暴事件在西沙群島的記錄。