2019, Vol.39
2 中国科学院大学, 北京 100049)
全新世是距离现今最近、与人类关系最为密切的地质时期，故成为研究气候变化对人类社会发展影响的重点时段。气候突变，因其对人类社会的发展影响重大，引起国内外学者及政府机构的极大关注。随着全新世古气候研究的深入，全球不同地区发现了多次显著的千年尺度的快速气候变化[1~6]。其中9~8 ka、6~5 ka、4.2~3.8 ka、3.5~2.5 ka、1.2~1.0 ka及0.6~0.15 ka气候突变事件可能具有全球性[7]。
我国东北地区位于现今东亚夏季风区的北缘，对气候变化反应敏感。该区纬度较高，地跨寒温带、中温带和暖温带，拥有我国最大的森林及湿地生态系统，同样也是我国重要的粮食产区。在“全球变暖”的背景下，中高纬地区对升温响应大于低纬地区，较多的极端暖事件和极端降水事件将对未来东北地区的粮食生产、水资源和生态系统产生深远影响[8~10]。因此，深入研究东北地区全新世气候突变历史，将为全球气候变化背景下现在及未来东北地区生态系统管理及应对决策提供参考。
目前，东北地区对全新世气候变化的研究多关注于植被-气候演化历史重建，进而反演亚洲夏季风强度变化、迁移演化等方面，研究材料包括孢粉组合[11~18]、泥炭腐殖化度[19]、植硅体组合[20]、生标[21~24]等多种气候代用指标。然而，多种代用指标记录的全新世气候变化在不同区域稳定性的表现并不一致，且对快速气候变化事件的起止时间也存在分歧。本文选取大兴安岭中段一封闭的火山口湖泊沉积的高分辨元素记录，运用多元统计分析方法判别湖泊沉积中不同元素组成的来源，结合湖泊元素地球化学特征及其环境指示意义，重建过去一万年以来湖泊记录的气候突变事件。
1 研究区概况阿尔山天池位于内蒙古大兴安岭中部，兴安盟阿尔山市东北74 km的天池岭上，是一个小型的封闭的火山口湖(图 1)。该湖东西长约450 m，南北宽约300 m，最大湖心水深约2.3 m，为阿尔山天池火山锥顶部火山口蓄水而成。
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图 1 阿尔山天池和研究区内选取的已有古气候记录的地理位置示意图(a)及阿尔山天池火山口遥感解译图像[25] (b) 图(a)中星号为本研究点；圆点分别为：1.月亮湖[13]，2.四方山天池[26]，3.霍拉剖面[17]，4.五大连池天池湖[16] Fig. 1 Map of sites location of Arxan Crater Lake(ACL)and former studied sites in Northeast China (a) and the image of ACL interpreted by remote sensing[25](b). In subfigure (a) star represents this study site, points are 1. Moon Lake[13], 2. Sifangshan Crater Lake[26], 3. Huola section[17], and 4. Tianchi Lake[16] |
阿尔山天池火山锥高130 m，是保存完整的碎屑锥，火山产物以降落渣锥和熔岩流为主[25]，形成于中更新世(玄武岩K-Ar法测年为0.340±0.203 Ma)[27]，属于哈拉哈河-淖尔河第四纪火山群。火山组成为碱性橄榄玄武岩碎屑锥和熔岩流[28]，火山岩主量元素包括SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO、K2O及TiO2等，微量元素包括Cr、Sr、Ba、Ni、V、Zr、Rb(按照含量从大到小排列)[29]。位于本研究点东部约10 km的阿尔山火山区内焰山与高山两座活火山最近一次喷发在约2 ka B. P.[30]。
阿尔山1971~2010年气象台站资料显示，阿尔山40年平均气温为2.5 ℃，年平均降水量434.6 mm，属于温带大陆性季风气候。植被由寒温带针叶林向中温带针阔混交林过渡，常见白桦(Betula platyphyll)-落叶松(Larix sibirica)混交林、蒙古栎(Quercus mongolicus)-黑桦(Betula dahurica)落叶松混交林。现今研究区内分布有较多落叶松、黑桦、白桦、山杨(Populus davidiana)和蒙古栎等人工林或次生林以及杂类草草甸[31~32]。2018年8月在阿尔山天池周边开展野外植被调查发现天池周围的火山岩垣上植被盖度好，为天然白桦-落叶松混交林；林下灌木以绣线菊(Spiraea)、珍珠梅(Sorbaria)、稠李(Prunus)、兴安杜鹃(Rhododendron dauricum)为主；草本以禾本科(Poaceae)为主，常见蚊子草(Filipendula)、齿叶凤毛菊(Saussurea neoserrata)、苔草(Carex)、问荆(Equisetum)、悬钩子(Rubus)、山尖子(Parasenecio)、唐松草(Thalictrum)、拉拉藤(Galium)等；湖泊水体周边有柳(Salix)及芦苇(Phragmites)生长。
2 材料与方法2017年3月，在阿尔山天池湖心(47.32°N，120.41°E；1280 m a.s.l.)水深2.1 m处使用加拿大Winke钻获得总长为8.75 m连续湖泊沉积物。选取岩芯不同层位样品送至美国Beta实验室进行AMS 14C年代测定，并建立阿尔山天池钻孔(ACL17C)的年代框架。
我们对ACL17C上部1~2.43 m湖泊沉积物开展分辨率为2 mm的XRF元素扫描分析及分辨率为1 cm的粒度分析。元素分析使用荷兰Avaatech XRF岩芯扫描仪进行拍照与测试。扫描分析前，先将岩芯剖开并将表面处理平整后，覆盖上Ultralene薄膜(4 μm)。使用“10 kv，1 mA，10 s”测试条件扫描获取Al、Si、S、Cl、K、Ca、Ti、Cr、Mn和Fe元素强度；使用“30 kv，2 mA，20 s”测试条件扫描获取Cu、Zn、Ga、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pb和Bi元素强度；样品扫描面积为6 mm(宽度)×2 mm(长度)。由于岩芯含水量、裂隙、岩芯表面平整度等对扫描结果有影响，所测元素强度均为元素含量的半定量结果[33]。同时，对应于XRF元素扫描在岩芯剖面采集了142个样品，经过H2O2溶液、HCl溶液前处理后，在Malvern Mastersizer 2000激光粒度仪上完成粒度测试。XRF扫描分析和粒度分析均在兰州大学西部环境教育部重点实验室完成。
本文选取元素扫描信号较强的Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si、S、Mn、Cl、Cr共12种元素的测试结果，在R中利用多元统计分析方法(相关分析、因子分析)判别元素组成的来源及其气候指示意义。基于可靠的年代框架，选用常用的具有气候指示意义的多元素比值重建大兴安岭中部地区全新世时期湖泊环境及气候快速变化事件。
3 结果与讨论 3.1 阿尔山天池全新世沉积序列年代模式基于ACL17C钻孔上部10个AMS 14C数据(表 1)，利用Clam模型中局部加权薄板样条法建立了阿尔山天池钻孔上部涵盖全新世时期的年代深度模型(图 2)。全新世早期，阿尔山天池湖泊沉积速率约为0.03 cm/a，在8 ka左右湖泊沉积速率降低(约为0.01 cm/a)，直至3 ka左右湖泊再次进入快速沉积阶段。
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表 1 阿尔山天池沉积序列AMS 14C测年结果 Table 1 Radiocarbon dates and calibrated ages of ACL17C from Arxan Crater Tianchi Lake |
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图 2 阿尔山天池ACL17C岩芯深度-年代模型 Fig. 2 Age-depth model of the sediment core ACL17C from Arxan Crater Tianchi Lake |
ACL17C上部(100~243 cm)湖泊沉积物均为黑色的腐殖质，但其含水量、紧实程度上变化表现为：243~141 cm为紧实的腐殖质且含有少量粘土，在178 cm和230 cm处分别有木质残体夹层和较粗颗粒夹层；141~110 cm腐殖质较紧实，含水量降低；110~100 cm为松散的腐殖质，含水量最高(图 3)。此外，全段沉积物中均有植物残体分布。
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图 3 阿尔山天池ACL17C岩性示意图及XRF元素扫描强度曲线图 Fig. 3 Litho-stratigraphy and the intensities of selected elements of ACL17C from Arxan Crater Tianchi Lake |
此段元素测试结果显示：Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si、S、Mn、Cl等元素的变化趋势相似且扫描信号较强(基本在1000 counts以上)，低值区出现在186~176 cm(7.3~6.3 ka)和158~142 cm(4.5~3.0 ka)两个层位；元素Cr与其他元素变化趋势相反，仅在186~176 cm和158~142 cm出现高值，其他时段元素含量处于低值且相对稳定(图 3)。
为了明确阿尔山天池钻孔全新世元素强度变化所指示的环境气候变化信息，我们开展了ACL17C钻孔湖泊沉积物元素来源分析。
3.3 湖泊沉积物元素来源分析对于封闭的火山口湖泊沉积物中的元素来源主要有两个方面：一是外源碎屑组分，即由火山口周围集水区内表层水流通过冲刷和渗流将碎屑物质带入湖内；二是湖泊自生沉淀组分，即湖泊水体中通过吸附、化学、絮凝和生物等作用下形成[34]。因此，判别湖泊中元素组成之间的相互联系，是利用元素组合来正确理解与解译环境与气候变化的基础。
元素相关分析有助于揭示元素间的伴生关系，相关性越高，说明元素来自同一稳定输入的可能性越大[35]。阿尔山天池XRF元素相关分析(表 2)表明Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si等元素之间的相关性最高，其中Si与Ca、K、Ti之间的相关系数均高于0.9，而与Sr、Rb、Zr、Fe之间的相关系数则较低；相比于上述8种元素，S、Mn、Cl与其他元素的相关性则较低；Cr是唯一的与其他所有元素均呈现负相关的元素。
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表 2 阿尔山天池ACL17C沉积物元素间Pearson相关性系数矩阵* Table 2 Pearson's correlation matrix of the analysis on elements of ACL17C from Arxan Crater Tianchi Lake |
因子分析方法被广泛用于判别湖泊沉积物中地球化学元素组分的来源及贡献[35~37]。阿尔山天池元素因子分析结果(表 3和图 4)指出：控制阿尔山元素沉积的主成分因子有2个。其中因子1的方差贡献为60.0 %，是阿尔山天池沉积的主要影响因素。公因子载荷值较高的K、Si、Ti、Ca、Fe、Rb、Zr、Sr等元素为迁移积累型元素，主要来自外源碎屑物质，其含量受沉积物中外源碎屑物质多少决定。而因子2以载荷水成元素Cl(0.75)为特征，由于Cl可以与所有阳离子结合并以氯化物形式存在，因此因子2可能反映的是湖泊水体氯化物的变化。但由于因子2方差贡献较低(20.1 %)，因此认为阿尔山天池沉积物元素变化主要是受控于因子1，即外源碎屑物质的影响，由流域侵蚀及大气沉降带入湖中。由于阿尔山天池是一个小型的封闭火山口湖，孢粉研究结果[13]表明该区全新世以来植被发育，降水的多寡决定了湖泊沉积物中流域侵蚀带入湖中外源碎屑物质的多少。因此可认为湖泊沉积物元素变化主要决定于区域气候的干湿状况，在一定程度上可以间接地指示研究区内的降水强度及气候的干湿变化。
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表 3 阿尔山天池ACL17C沉积物元素因子分析方差极大因子载荷 Table 3 Varimax rotation factors loading of factor analysis on elements of ACL17C from Arxan Crater Tianchi Lake |
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图 4 阿尔山天池ACL17C岩芯元素因子分析成分载荷图 Fig. 4 Factor loading plot of the first two principle components of elements counts of ACL17C from Arxan Crater Tianchi Lake |
湖泊沉积物是气候变化记录的良好载体，其地球化学元素含量变化记录了区域环境与气候变化、人类活动以及湖泊自身演化历史等信息[38~43]。由于某些元素表生地球化学特征相异性，使得元素比值成为反映湖泊环境及气候变化的良好代用指标指标。
湖泊沉积物中Ti元素因在表生地球化学过程中的性质稳定，常被用作湖泊沉积物中粉砂、细砂等粗粒物质运移情况的指标，能够反映从流域内带入湖盆的外来物质的变化情况[44]。Ti元素含量的增加，一方面可能是湿润的气候条件导致流域内径流输入增多[45]；另一方面也可能反映了干旱冬季中风尘输入的加强[46~47]。
Rb和Sr在表生地球化学过程中的分离(Rb附着粘土颗粒易被保留，Sr元素易被风化淋溶)导致了在温热的强化学风化的条件下被淋滤的Sr元素随地表径流进入湖泊，并在湖底通过化学沉淀或物理吸附的方式沉积、富集[48]。因此湖泊沉积物中Rb/Sr能很好地反映流域的古气候/古环境变迁，一定程度上指示了流域的干湿波动和极端气候事件[49]。Rb/Sr的低值表明湖泊中Sr元素的富集，指示流域内降水增加。
湖泊环境中Fe和Mn是变价元素，在还原条件下Mn的活性大于Fe，由于湖水越深其底部越不利于发生氧化，因此Fe/Mn被用于指示湖底的氧化还原条件的变化[50~51]。Cr是重金属元素，会受到湖泊水体酸化和氧化还原条件变化的影响，在缺氧还原的环境下Cr的含量会增加[52]。Cr/Ti的高值或Fe/Mn的低值表明湖底的强还原环境，指示湖泊水位升高、湖面扩张。
湖泊沉积物中Ca元素属于可溶性盐的沉积元素，主要受生物成因的控制，与湖泊中的内生碳酸钙沉淀密切相关[38, 53]。因此，Ca/Ti元素比值可以消除外源物质对湖泊沉积物中Ca元素影响，作为湖泊自生碳酸盐变化的代用指标：Ca/Ti的低值指示湖泊自生碳酸盐少，区域气候湿润。反之，Ca/Ti高值指示湖泊自生碳酸盐增加，区域气候干热。
湖泊粘土矿物组成相对富含Al、Fe、K等元素，而Ti多为粉砂、细粉砂的组成元素，因此Fe/Ti可以用于指示湖泊沉积物的粒度变化[54]：Fe/Ti比值减小指示湖泊沉积物中细粒组分中粗颗粒增多，流域内降水加强。
3.5 湖泊沉积物元素记录的全新世环境与气候考虑到岩芯中含水量及植物残体含量差异对XRF元素的测试结果的影响，因此我们选择具有气候及环境指代意义的阿尔山天池湖泊沉积物Rb/Sr、Fe/Mn、Cr/Ti、Ca/Ti和Fe/Ti元素比值、粒度测试结果，以及研究区内的月亮湖TOC和木本花粉百分比数据[55]，重建研究区过去一万年以来的环境及气候演化序列(图 5)。
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图 5 (a) 阿尔山天池全新世湖泊沉积物的粒度、元素比值及CONISS分带结果(元素比值为散点图，折线为元素比值5点滑动平均，虚线为均值)与(b)研究区内月亮湖TOC含量及木本花粉百分含量对比图(月亮湖数据源自文献[55]) Fig. 5 (a)Variations of grain sizes of lake sediment in Arxan Crater Tianchi Lake and changes of element ratios during Holocene with CONISS zonation(elements ratios by scatter chart, 5 point-average by line chart, average by broken line)comparing with (b) the content of total organic carbon(TOC)and tree pollen % recorded by Moon Lake(data derived from reference [55]) |
基于阿尔山天池湖泊沉积物5组元素对的约束聚类分析结果，将全新世古环境-气候序列划分为5个元素带(图 5a)：
元素带Ⅰ(10.0~7.3 cal.ka B. P.)：这一时段Rb/Sr和Ca/Ti均以高值居多且沉积物粒度较细，推测元素带Ⅰ为温暖偏干旱的气候条件，湖泊水位较低。对比阿尔山天池Rb/Sr比值与月亮湖TOC和木本花粉含量变化，指示研究区在7.8 cal.ka B. P.发生一次快速的干旱事件(E1)。
元素带Ⅱ(7.3~6.1 cal.ka B. P.)：元素比值较之前有明显变化，所有元素比值均达到全段的极值且存在周期性的波动变化；此段区域降水波动增加(Rb/Sr)，湖泊沉积物颗粒中粗颗粒组分增多(Fe/Ti与平均粒径)，湖泊水位达到全段的高值(Fe/Mn与Ca/Ti)，说明此段气候最为湿润，湖水达到全段的高湖水位。这一段存在5次明显的快速干旱事件，分别发生在7.3 cal.ka B. P.(E2)、6.9 cal.ka B. P.(E3)、6.5 cal.ka B. P.(E4)、6.3 cal.ka B. P.(E5)和6.1 cal.ka B. P.(E6)；且6.5 cal.ka B. P.湖泊水位开始下降直至6.1 cal.ka B. P.接近元素带Ⅰ阶段的湖水水位。
元素带Ⅲ(6.1~4.3 cal.ka B. P.)：元素比值组合特征与元素带Ⅰ阶段相似，但其气候、环境条件优于元素带Ⅰ阶段，说明元素带Ⅲ气候温暖较湿润，湖泊水位较低，虽然降水存在多次波动，但湖泊环境较为稳定，沉积物粒度较细。5.5 cal.ka B. P.(E7)时段存在一次明显的快速干旱事件。
元素带Ⅵ(4.3~3.0 cal.ka B. P.)：元素比值变化幅度大，元素比值再次达到全段的极值；此段气候与元素带Ⅱ相似。湖泊沉积物粒径变化(Fe/Ti)与区域降水(Rb/Sr)波动相一致，湖泊水位高(Fe/Mn与Ca/Ti)，说明此段气候温凉湿润。但存在6次明显的快速干旱事件，分别发生在4.2 cal.ka B. P.(E8)、3.8 cal.ka B. P.(E9)、3.6 cal.ka B. P.(E10)、3.4 cal.ka B. P.(E11)、3.2 cal.ka B. P.(E12)和3.0 cal.ka B. P.(E13)；其中3.6 cal.ka B. P.的干旱事件可能最为显著，随后湖泊水位开始下降。
元素带Ⅴ(3.0~1.4 cal.ka B. P.)：元素比值整体波动剧烈；3~2 cal.ka B. P.此段湖泊水位相对较高，区域降雨波动增加，湖泊自生碳酸盐变化明显；2.0~1.4 cal.ka B. P.时段沉积物粒度较粗，Rb/Sr波动降低，推测这一时期降水量增强，大量的粗颗粒的陆源物质输入湖中，这可能是导致这段Ca/Ti与Rb/Sr变化出现不一致的原因。此段包含2.6 cal.ka B. P.(E14)和1.8 cal.ka B. P.(E15)两次明显的快速干旱事件。
此外，阿尔山天池湖泊沉积物中Fe/Ti与粒度对比分析结果表明：全新世以来，Fe/Ti变化趋势与湖泊沉积物中粉砂和粘土的变化基本一致(见图 5a中10~2 cal.ka B. P.时段)，但对于湖泊沉积物中砂粒等较粗颗粒(见图 5a中2.0~1.4 cal.ka B. P.时段)反应不敏感。这说明在东北地区的封闭湖泊中，Fe/Ti元素的变化反映了湖泊沉积物中细颗粒组分的变化。
3.6 大兴安岭中部全新世气候突变事件本研究基于湖泊沉积物的元素比值及粒度变化重建的气候突变事件，与位于同一地区的月亮湖的TOC和乔木花粉百分比记录[55](图 5b)对比分析表明：一万年以来，大兴安岭中部地区气候-环境经历了温暖偏干-低湖水位期(10.0~7.3 cal.ka B. P.)、温凉湿润-高湖水位期(7.3~6.1 cal.ka B. P.)、温暖湿润-低湖水位期(6.1~4.3 cal.ka B. P.)、温凉湿润-高湖水位期(4.3~3.0 cal.ka B. P.)、温暖湿润-较高湖水位期(3.0~1.4 cal.ka B. P.)；元素记录了15次显著且重要的快速干旱气候事件，分别发生在7.8 cal.ka B. P.(E1)、7.3 cal.ka B. P.(E2)、6.9 cal.ka B. P.(E3)、6.5 cal.ka B. P.(E4)、6.3 cal.ka B. P.(E5)、6.1 cal.ka B. P.(E6)、5.5 cal.ka B. P.(E7)、4.2 cal.ka B. P.(E8)、3.8 cal.ka B. P.(E9)、3.6 cal.ka B. P.(E10)、3.4 cal.ka B. P.(E11)、3.2 cal.ka B. P.(E12)、3.0 cal.ka B. P.(E13)、2.6 cal.ka B. P.(E14)和1.8 cal.ka B. P.(E15)。其中，13次的干旱事件(E1~10、E13~15)在大兴安岭北部霍拉剖面阔叶树花粉记录[17]、大兴安岭东部五大连池天池湖阔叶树花粉记录[16]、大兴安岭中北段四方山天池林草比及湖泊水位(基于正构烷烃单体碳同位素)指标[26]中均有体现(图 6)。
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图 6 阿尔山天池湖全新世气候代用指标变化特征及与研究区其他气候/植被记录的对比 (a)50°N夏季太阳辐射量[56]；(b)大兴安岭北部霍拉剖面阔叶花粉% [17]；(c)大兴安岭东侧五大连池天池阔叶花粉% [16]；(d)大兴安岭中北部四方天池林/草及(e)湖泊水位代用指标[26]；(f)大兴安岭中部月亮湖木本花粉% [55]及(g)本研究阿尔山天池湖泊水位指标和(h)区域降水指标 Fig. 6 Comparison of the climate proxies in Arxan Crater Lake with other climate/vegetation records from Great Khingan Mountain(GKM)for the Holocene. (a)Summer insolation at 50°N[56]; (b)Broadleaf tree pollen % from Huola section[17] in the northern GKM; (c)Broadleaf tree pollen % from Tianchi Lake[16] next to the middle eastern of GKM; (d)Proxies of tree/grass and (e) lake levels from Sifangshan Lake[26] in the middle north GKM; (f)Tree pollen % from Moon Lake[55]; (g)Lake level and (h) regional precipitation indicators from Arxan Crater Lake(this study)in the middle of GKM |
依据现有的区域对比结果，受广泛关注的8.2 cal.ka B. P.冷事件在大兴安岭地区的年代一致性比较差；4.2 cal.ka B. P.事件在大兴安岭地区影响较大，表现为乔木花粉含量的降低以及湖泊水位下降；3.0 cal.ka B. P.气候事件以乔木花粉降低为特征，但乔木花粉的降低也可能是受人类活动或其他因素的影响。
4 结论本文通过对阿尔山天池湖泊沉积物元素伴生关系及来源分析发现：全新世时段湖泊沉积物中Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti、Si、S、Mn、Cl等元素的变化趋势一致，但与Cr元素变化趋势相反。其中8个迁移积累型元素(Sr、Rb、Zr、Fe、Ca、K、Ti和Si)之间的相关性较高，且为湖泊元素变化的主控因子，说明阿尔山天池湖泊沉积物中元素来源主要受外源碎屑物质的影响，由流域侵蚀及大气沉降带入湖中。因此，可认为湖泊沉积物元素变化主要决定于区域气候的干湿状况，在一定程度上可以间接地指示研究区内的降水强度及干湿变化。
基于精确的年代框架，通过对阿尔山天池湖Ca/Ti，Cr/Ti，Fe/Mn，Rb/Sr和Fe/Ti元素比值、粒度数据，与月亮湖的TOC和乔木花粉百分比记录对比分析：1)重建了大兴安岭中部地区全新世以来气候-环境和湖泊水位演化，显示出温暖偏干-低湖水位期(10.0~7.3 cal.ka B. P.)、温凉湿润-高湖水位期(7.3~6.1 cal.ka B. P.)、温暖湿润-低湖水位期(6.1~4.3 cal.ka B. P.)、温凉湿润-高湖水位期(4.3~3.0 cal.ka B. P.)、温暖湿润-较高湖水位期(3.0~1.4 cal.ka B. P.)的演化历史；2)元素记录了15次显著快速干旱气候事件，分别发生在7.8 cal.ka B. P.(E1)、7.3 cal.ka B. P.(E2)、6.9 cal.ka B. P.(E3)、6.5 cal.ka B. P.(E4)、6.3 cal.ka B. P.(E5)、6.1 cal.ka B. P.(E6)、5.5 cal.ka B. P.(E7)、4.2 cal.ka B. P.(E8)、3.8 cal.ka B. P.(E9)、3.6 cal.ka B. P.(E10)、3.4 cal.ka B. P.(E11)、3.2 cal.ka B. P.(E12)、3.0 cal.ka B. P.(E13)、2.6 cal.ka B. P.(E14)和1.8 cal.ka B. P.(E15)；3)全新世以来湖泊沉积物Fe/Ti元素比值与粉砂和粘土的变化趋势基本一致，表明在东北封闭湖泊中Fe/Ti可作为湖泊细颗粒组分的良好代用指标。
阿尔山天池湖高分辨率元素数据精确记录大兴安岭中部地区全新世时期的气候-环境演变特征及多次快速干旱气候事件。其中13次的干旱事件(E1~10、E13~15)与大兴安岭北部、东部不同气候环境代用指标都有很好的对应，反映出其湖泊XRF元素扫描分析在开展区域高分辨率环境气候变化及湖泊水文演化研究中的优势。
致谢: 感谢伍婧、任维鹤协助野外钻探；感谢周爱锋、杨涵菲在室内分析提供帮助；感谢审稿专家和编辑部杨美芳老师对文章修改提出有价值的建议。
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2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049)
Abstract
Arxan Crater Lake (ACL17C; 47.32°N, 120.41°E, 1280 m a.s.l.) is a closed crater lake situated in the middle of Great Khingan Mountains, NE China. The lake sediment honestly recorded climatic-environmental change in the study region due to its location on the margin of East Asian Summer Monsoon domain. Here, high-resolution and continuous XRF core scanning and grain-size analysis were carried out on the lake sediments of ACL17C (243~100 cm in depth, 10.0~1.3 cal.ka. B. P. in ages) to reveal the climatic abrupt events throughout the Holocene. Twelve geochemical elements, with consistent content and clear palaeoenvironmental signals, were selected to investigate the element characteristics by using correlation analysis and factor analysis. The results show that:(1) The element Sr, Rb, Zr, Fe, Ca, K, Ti, Si, S, Mn and Cl from ACL were displaying a similar variation pattern but element Cr showed a reverse trend; (2) Eight transport and deposition elements Sr, Rb, Zr, Fe, Ca, K, Ti and Si were well correlated, and contributed to 60% of total element variations which indicate the detrital inputs resulting from catchment run-off were the main source of element contents of ACL. Based on the 10 AMS14C dates, a precise chronological framework was established for ACL. Comparison of elemental ratios (Ca/Ti, Cr/Ti, Fe/Mn, Rb/Sr and Fe/Ti) and mean grain-size from ACL with records of TOC and tree pollen% from Moon Lake, reveals the Holocene climatic-environmental history in the central Great Khingan Mountains went through five stages, i.e. warm and relative dry climate with lower water-level of the lake (10.0~7.3 cal.ka B. P.), cooler and humid climate with high water-level (7.3~6.1 cal.ka B. P.), warm and humid climate with lower water-level (6.1~4.3 cal.ka B. P.), cooler and humid climate period with high water-level (4.3~3.0 cal.ka B. P.), warm and humid climate with relative high water-level (3.0~1.4 cal.ka B. P.). Furthermore 15 significant drought events were inferred by elements ratios, among which 13 drought events at ca. 7.8 cal.ka B. P., 7.3 cal.ka B. P., 6.9 cal.ka B. P., 6.5 cal.ka B. P., 6.3 cal.ka B. P., 6.1 cal.ka B. P., 5.5 cal.ka B. P., 4.2 cal.ka B. P., 3.8 cal.ka B. P., 3.6 cal.ka B. P., 3.0 cal.ka B. P., 2.6 cal.ka B. P. and 1.8 cal.ka B. P. are comparable with former studies carried out in Great Khingan Mountains using different climatic proxy. In addition, the good consistency of trends of Fe/Ti and the content of fine sand and clay at ACL suggest Fe/Ti may be used as a good proxy to estimate the content of fine gain-size at closed lakes in NE China. This study shows the potentials of application of high-resolution XRF core scanning on the study of rapid climatic and environmental changes.