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在新生代全球气候总体变冷的背景下,亚洲地区突出的环境事件是季风-干旱耦合环境系统的形成和阶段性演化,可视为对青藏高原生长和全球环境变化的响应,同时也对全球气候环境变化产生重大影响。这些具有全球性意义的重大环境事件发生的时代、原因和机理,始终是吸引地球科学各学科研究的热点核心问题。加强对季风的起源和演化过程的研究,对查明青藏高原生长的气候环境效应至关重要。尽管对东亚季风的起源和发展获得了一定的认识,但其强度演化特征仍存在争议,亟需进一步深入研究。黄土高原晚渐新世以来巨厚的风成黄土-红粘土序列,为深入探讨东亚季风强度演化提供了良好的天然载体。 本文通过对灵台和庄浪的黄土-红粘土序列中的铁氧化物开展系统岩石磁学、光谱学、地球化学的研究,对铁氧化物形态、组成特征、颜色、粒径等进行了探讨,尝试进行了与成壤作用相关的主要铁磁性矿物含量的半定量研究。通过分析CBD提取前后,铁氧化物种类、粒径、含量、颜色等性质的变化,分析了铁氧化物特征产生变化的主要原因,区分了原生与成壤铁氧化物。讨论了晚渐新世以来各气候指标参数变化对温度和有效降水变化的可能指示。对比风尘序列的多个代用指标,探讨了晚渐新世以来构造尺度的东亚夏季风强度演化特征,取得以下几点认识: (1)红粘土序列与上覆的黄土-古土壤序列类似,主要的铁氧化物组成为磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿和针铁矿,不同的阶段铁氧化物组合与颗粒大小有所差异。铁氧化物磁性增强的机制是成壤作用形成的细颗粒亚铁磁性矿物(主要是磁赤铁矿)含量增加造成的。高赤铁矿含量对应低磁化率值时段,反映了高温或干季长,伴随少量季节性降雨,致使更多的磁赤铁矿向赤铁矿转化。 (2) CBD处理之后,低频磁化率(xlf)、频率磁化率(xfd)、x-T升温曲线在400℃之前变化都非常小,说明CBD方法基本除去了成壤作用形成的磁赤铁矿。CBD处理后a*迅速降低到0左右,光谱数据在565nm附近的峰值变得不明显,x-T曲线在580-680℃磁化率的降低不显著,说明赤铁矿主要是成壤作用生成的。CBD方法能够除去成壤细颗粒磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿等铁氧化物,残余铁氧化物以粗颗粒磁铁矿为主,可能主要反映了物源的信息。 (3)赤铁矿的形成与温度密切相关,可用其相对含量来反映温度变化。赤铁矿的相对含量与红度(a*)相关性较高,所以黄土-红粘土中a木的变化主要受控于温度波动。x300-450℃能半定量表征成壤作用形成的细颗粒磁赤铁矿含量,与xfd具有很好的相关性,可以用xfd/a*指标来表示相对有效降水量。相关性分析发现,xfd/a*与xIf密切相关,所以磁化率变化可反映有效降水量。Fed/Fet对温度与降水都具有依赖性,可反映温度与降水共同影响的成壤作用强度。a*、xlf和Fed/Fet的三角图总体上反映了中新世温度对成壤作用起主导作用,而晚中新世以来有效降水对成壤起主导作用的过程。 (4)在中中新世气候适宜期(MMCO),庄浪红粘土铁氧化指标反映的温度、有效降水及成壤作用都显示高值,指示了气候特征温暖湿润,同南海沉积记录揭示的化学风化增强、生物产率高和季风增强一致。MMCO在全球各地区都有明显的记录,是一次全球性的气候变暖事件,说明中中新世季风增强主要是由全球气候变暖造成的。 (5)陆地和海洋的记录对比表明,自中新世以来东亚季风呈现出阶段性演化的过程:(a)早中新世(约23.5~18.5 Ma),东亚季风影响到黄土高原西部,但季风降水有限,温度在风化过程中起主导作用;(b)中中新世气候适宜期(16—14Ma),受全球气候变暖的影响,东亚季风阶段性加强,暖季节降水增加,气候温暖湿润;(c)晚中新世(14~8Ma)受全球变冷影响,季风强度总体较弱;(d)在8~2.6Ma时段季风逐渐增强,并在约4.5~2.6Ma达到最强,主要受晚中新世-上新世青藏高原东北缘的生长影响;(e)第四纪以来受全球冰量影响,东亚季风表现出大幅度的冰期-间冰期旋回波动。