末次盛冰期至今的气候变化研究是全球变化研究热点问题之一。汉江上游地区地处北亚热带北缘,是南方与北方的过渡带,属于全球气候变化敏感带,该区域的古气候演变研究具有不可替代作用。然而,对于此区域的环境演变研究成果目前主要集中于泥炭及石笋的气候记录研究,较少见到有关于黄土—古土壤序列对气候变化响应研究的报道。本课题组多次在汉江上游地区野外考察,发现汉江上游地区第Ⅰ级阶地黄土—古土壤地层清楚且阶地面平坦,受人为耕作、水土侵蚀影响微弱,是记录古气候变化的良好信息载体。开展区域黄土—古土壤地层特征及气候记录研究,不仅可避免区域单一介质气候记录研究的片面性,同时填补了汉江上游地区黄土—古土壤地层序列、物质组成、形态及结构、风化成壤特征的研究空缺。本文选择郧县—郧西县段汉江上游Ⅰ级阶地上黄土—古土壤作为研究对象,选取弥陀寺(MTS)、前坊村(QFC)、归仙河口(GXHK)3个剖面采集沉积物样品。利用OSL释光断代、文化层断代、地层对比断代建立可靠的年代序列框架,同时结合黄土—古土壤的组成特征(粒度、元素、矿物、物态)、形态及结构特征(石英颗粒形态、集粒形态、孔隙、粗颗粒、形成物)、风化特征(形态风化程度、化学风化程度、理化性质所指示风化程度)综合分析区域黄土—古土壤地层特征及其对气候变化的响应规律。本研究获得的主要结论如下:(1)依据郧县-郧西县段汉江第Ⅰ级阶地黄土—古土壤序列的色度、粒度、磁化率在剖面变化特征将河漫滩上沉积物自下而上划分为马兰黄土(L1)→过渡黄土层(Lt)→古土壤层(S0)→近代黄土层(L0)→表土层(Ts);应用释光断代(OSL)、文化层断代、地层对比断代三种方式结合确定区域马兰黄土L1的顶界年龄为11500a B.P.,L1底部年龄为20000a B.P.左右;S0的顶界和底界年龄分别为3100 a B.P.和 8500 a B.P.。(2)郧县—郧西县段汉江第Ⅰ级阶地上黄土—古土壤基本组成(粒度、化学元素、铁的赋存形态、矿物)特征及意义如下:①粒度自然分布曲线、参数及其结构图、成因判别公式均一致指示汉江第Ⅰ级阶地黄土—古土壤序列为风成堆积产物,与水成物质截然不同;②黄土—古土壤序列粒度组成上下较为均一,粉砂粒组为众数粒组,平均粒径(Mz)、中值粒径(Md)在多剖面内的变化特征均指示S0→Lt→Ts→L0→L1的粒度由细变粗的特征;③黄土—古土壤序列化学组成上下较为均一,均以SiO2、Fe2O3、Al2O3为主,三者约占总量的80%左右,其中稳定性元素(Fe、Al、Rb、Cu、Ni、Pb等)在地层中的变化特征为S0→Lt→L0→L1的含量依次降低,而易溶性元素(Na、Ca、Sr等)的含量在地层中的变化趋势与稳定性元素相反;④晶形铁、非晶形铁、游离铁在地层间的变异特征均与全铁具有良好的对应,S0>Lt>L0>L1;④矿物组成种类在自上而下较为一致,均以长石+石英为主,但古土壤S0中的长石含量有所降低,粘土类矿物(如伊蒙混层、高岭石、蛭石等)有所增加。(3)借助扫描电镜、光学显微镜,以超微观、微观两种尺度对黄土—古土壤中的石英颗粒形态特征、集粒微结构特征、孔隙特征、形成物特征、粗颗粒特征进行分析,其主要结论如下:①黄土—古土壤序列中石英颗粒形态均以棱状+次棱状石英颗粒为主,石英表面结构以碟形坑、V形坑、贝壳状断口为优势结构,但S0→Lt→L0→L1中的圆状+次圆状的石英颗粒出现频次依次减小,S0层石英颗粒表面机械结构与黄土层(Lt、L0、L1)出现频次有所降低,而化学结构出现频次呈增加的趋势。②黄土—古土壤序列的集粒微结构从Ts→L0→S0→Lt→L1依次对应絮凝胶结结构→镶嵌半胶结结构→凝块胶结结构→镶嵌半胶结结构→支架微胶结结构。③黄土—古土壤序列孔隙形态多以复合堆叠孔隙为主,单个孔隙形态多呈囊状、气泡状,孔隙率(大孔、中孔、小孔)变化特征均为S0>Lt>L0>L1;④粗颗粒在S0→Lt→Lo→L1的形态参数(长度、等圆直径、周长、面积、圆度)依次增加,C/F(10μm)依次增高。⑤土壤形成物中主要以次生粘土、铁锰质凝聚物(铁锰浸染)、生物排泄物形式出现,S0孔壁上的蜡状光泽粘粒胶膜质,厚度在100-1OOOμm 间。(4)从地球化学参数、形态风化指数(MWI)、理化性质共同指示郧县-郧西县段汉江Ⅰ级阶地上黄土—古土壤风化强度由强至弱,依次为S0>Lt>L0>L1,其特征为:①据化学蚀变系数(CIA)指示郧县-郧西县段汉江第Ⅰ级阶地黄土—古土壤序列的风化强度为中等风化强度,据多个地球化学参数、A-CN-K三角图,元素迁移特征,均一致指示不同地层间的化学风化强度排序为S0>Lt>L0>L1。②建立形态风化指数(MWI),MWI指示的形态风化强度排序特征S0>Lt>L0>L1;③磁化率、Kd、LOI、吸湿水也同样表现出不同地层的风化强度的排序为:S0>Lt>L0>L1。(5)基于黄土—古土壤序列风化成壤强度与气候变化的耦合关系,可将汉江上游地区自末次盛冰期以来的气候变化过程可以分为4个阶段,分别为末次盛冰期(20000～11500aB.P.)、全新世早期(11500～8500aB.P.)、全新世中期(8500～3100a B.P.)、全新世晚期(3100～0aB.P.)对应的气候特征分别为冷干→凉干→暖湿→凉干。且全新世中期并非持续稳定的温暖湿润的气候阶段,约在6000～5000a B.P.间发生一次气候恶化事件,该事件在全球多地区均存在响应特征。此外,将汉江上游地区黄土—古土壤与区域内泥炭、石笋的气候记录比较,与渭河谷地黄土—古土壤气候记录比较,发现不同介质、不同地区间气候气候变化特征具有一致性也具有差异性。一致性体现在自晚更新世以来的气候变化阶段均可分为4个阶段,气温变化情况均为为冷→凉→暖→凉;差异性体现在各气候阶段的起讫时间、降水情况的反映,这与研究区不同的微地形特征、研究介质、取样密度、测年方法等方面均密切相关。本文围绕汉江上游地区黄土特征对气候变化的响应研究,其创新点包括:①建立汉江上游地区第Ⅰ级阶地黄土的地层序列。②以扫描电镜(SEM)、光学显微镜对黄土—古土壤形态及结构进行超微观尺度、微观尺度进行研究,研究内容覆盖石英颗粒形态及表面结构、黄土—古土壤超微形态、粗颗粒、土壤形成物、孔隙等多方面特征。③建立区域黄土形态风化指数(MWI)评价模型,定量分析郧西—郧县段黄土—古土壤地层的形态风化特征;