黄土高原第四纪焦碳、烟炱、自然火与气候环境变化

Natural fire can influence the environmental and climatic changes through its altering vegetation, underlying surface and the composition in the air, and it has been a hot topic in paleo-climate change study. To date, it is still not clear whether fire events mainly occur in warm periods or cold periods in the glacial and inter-glacial cycles under the different regional scales. Black carbon (BC), as a kind of inert material, which is composed of char and soot, comes mainly from combustion process, and thus can be considered to be an indicator of fire events. In this study, we aim at three sections in the Loess Plateau, reconstructing the history of char and soot variation during the Quaternary period in the Loess Plateau through methodologically differentiating between char and soot, which would facilitate to extract more environmental and climatic information. The fire events at different regional scales will also be discriminated and reconstructed. Considering the property of soot originating from regionally atmospheric deposition, we will fundamentally reconstruct the history and regular pattern of atmospheric soot during the Quaternary period in the Loess Plateau. Through the comparison of the histories of fire events at different regional scales and the knowing regional, continental and global climate data, we will demonstrate the relations between the fire events and climate variations, and discuss the potential roles of atmospheric soot on climate changes. Such study will provide the basic knowledge of paleo-fires, input parameters and testing parameters for paleo-climate models.

自然火可以通过改变植被、下垫面、以及大气组成，影响环境和气候变化，它是过去全球变化研究的热点之一。当前，还不清楚在冰期-间冰期旋回中不同区域范围内火事件主要出现在暖期还是冷期。黑碳作为一种惰性物质，来源于燃烧过程，可以作为火事件指示物，其由两种不同类型物质-焦碳和烟炱组成。本研究以黄土高原不同分布3个剖面为研究对象，通过区分焦碳与烟炱，提取比总的黑碳研究更详细的气候环境信号，建立黄土高原第四纪以来焦碳与烟炱变化历史及规律，区分和重建不同尺度范围火事件。考虑烟炱本身主要来源于大气沉降的特性，初步建立第四纪以来黄土高原大气烟炱变化历史和规律。通过与区域、洲际和半球尺度已有的气候环境资料对比研究，阐明黄土高原地区火事件与气候变化之间的耦合关系，探讨大气烟炱对气候变化的可能影响。本研究将为古气候模式提供关于自然火事件的基础理论和输入、验证参数。

自然火可以通过改变植被、下垫面、以及大气组成，影响环境和气候变化，它是过去全球变化研究的热点之一。当前，自然火历史重建多通过黑碳或者碳屑等标志物，而且前人的研究发现，火事件既可以出现在暖期，也可以出现在冷期，既可以出现在干旱期，也可以出现在湿润期，还不清楚在冰期-间冰期旋回中不同区域范围内火事件主要出现在暖期还是冷期。黑碳作为一种惰性物质，来源于燃烧过程，可以作为火事件指示物，其由两种不同类型物质-焦碳和烟炱组成。本研究通过湖泊沉积物岩心柱和黄土高原第四纪标准剖面为研究对象，通过区分焦碳与烟炱，提取比总的黑碳研究更详细的气候环境信号，建立黄土高原第四纪以来焦碳与烟炱变化历史及规律，区分和重建不同尺度范围火事件。发现焦炭浓度和通量主要和湿润气候变化相一致，而烟炱主要和干旱气候变化相一致，干旱气候下生成更多的烟炱，从而我们进一步根据焦炭和烟炱不同的生成机制，我们提出焦炭与烟炱可以指示不同的燃烧方式，即焖烧和明燃。本研究首次阐明了明燃具有清晰的冰期-间冰期旋回变化的特点，它与大气二氧化碳浓度变化很可能具有某种内在的联系。考虑烟炱本身具有比重轻、粒径细的特性，结合最近200年的不同湖泊沉积物中烟炱的变化历史，我们提出沉积物烟炱可用来指示大气烟炱浓度变化。这建立了一种适用于内陆地区大气烟炱历史重建新方法。进一步的我们将该方法应用于黄土高原沉积物，初步建立第四纪以来黄土高原大气烟炱冰期-间冰期变化历史和规律，发现冰期大气烟炱浓度远高于间冰期。这是国际上首次从冰期-间冰期旋回的角度重建的大气烟炱变化历史，它为我们提供了研究大气烟炱背景辐射效应提供了重要的基础数据。该研究阐明黄土高原地区火事件与气候变化之间的关系，探讨大气烟炱对气候变化的可能影响，为古气候模式提供关于火事件的基础理论和输入、验证参数。