末次冰期中国两大气候区黄土的理化特征及古环境信息研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:mythdream1
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黄土堆积序列作为记录古环境和古气候信息的重要载体之一,对其进行深入研究,有助于理解第四纪以来我国乃至全球的气候变化历史,因此黄土研究具有重要科学价值。嵊山岛位于我国东部沿海,地处海陆交汇带,其自然地理环境受东亚季风控制。天山处于我国西北干旱区,主要受控于中亚西风带。本工作选取嵊山岛黄土和天山北麓黄土作为研究对象,通过黄土理化特征等反演其记录的环境信息,深入了解这两个区域晚第四纪时期的区域古气候变化特征,并通过对比区域古气候变化的差异性,进一步揭示我国不同气候区域对全球变化的响应规律,以期为第四纪时期气候变化研究提供科学数据和理论依据。论文基于光释光测年建立的时间标尺,对嵊山岛和天山北麓两个黄土剖面样品的粒度组成、环境磁学、元素地球化学和有机碳同位素等进行分析,进一步结合基于中等复杂气候模型UVicECSM的区域植被覆盖敏感性模拟研究,对末次冰期以来两地陆表变化引起的古气候变化进行了深入探讨。论文主要取得以下几点认识:(1)光释光测年结果表明,嵊山岛和天山北麓两个研究剖面的黄土都是在末次冰期堆积形成的。(2)研究剖面粒度分析结果显示,东部嵊山岛和西部天山北麓黄土都主要由粉砂组成,粘粒和砂粒组分含量相对较少,和天山北麓黄土相比,嵊山岛黄土沉积剖面中细粉砂组分含量较高,砂组分含量相对较低。嵊山岛和天山北麓黄土沉积过程中的物质搬运,均呈现以风力悬浮搬移为主的搬运方式。在东部嵊山岛剖面,大于32μm的组分含量能够反映冬季风强弱变化;在西部天山北麓剖面,大于25μm的组分含量能够反映冬季风强弱变化。(3)环境磁学分析结果表明,嵊山岛和天山北麓两个黄土剖面的磁化率(χ)与饱和等温剩磁(SIRM)都相对较高,且二者呈显著正相关关系(R=0.95,p<0.01)。从磁性矿物组成来看,东部嵊山岛剖面以亚铁磁性矿物为主,西部天山剖面除亚铁磁性矿物外,同时有一定量的不完整反铁磁性矿物。磁性矿物颗粒特征方面,东部嵊山岛剖面主要以单畴磁性矿物颗粒为主,且超顺磁磁性矿物颗粒占比较高,西部天山北麓剖面主要为多畴磁性矿物颗粒,超顺磁磁性矿物颗粒较少。这些结果表明了东部嵊山岛剖面磁化率受成土成壤作用所生产的细粒组分影响显著;西部天山北麓剖面则呈现剖面磁化率数值的升高,对应粗颗粒组分增加,干旱区黄土“风尘输入模式”特征是磁化率增强的主要原因。(4)嵊山岛和天山北麓黄土常微量元素地球化学特征显示,东部嵊山岛黄土剖面化学蚀变指数(CIA)为85.1,形成过程中经历较强的风化作用;元素地球化学特征显示Ca、Mn、Na、P等迁移显著,指示了明显的淋溶迁移过程,并反映了剖面形成过程中冷暖波动。西部天山北麓黄土剖面的地球化学元素特征显示,剖面的化学蚀变指数(CIA)为54.7,形成过程中经历初级风化作用;地球化学元素Na、Ca、Mn等迁移显著,剖面形成过程,水热条件相对较弱,表明了沉积后的环境差异是造成元素分布特征差异的重要因素。嵊山岛和天山北麓黄土沉积中稀土元素配分曲线显示,东部嵊山岛黄土和西部天山北麓黄土具有相似的沉积物源。(5)有机碳同位素(δ13C)研究结果显示,两个剖面的有机碳同位素变化特征具有明显差异性。嵊山岛剖面δ13C在-21.63‰~-27.56‰区间波动,平均值为-24.86‰。定量计算结果显示,晚末次冰期以来区域沉积环境以C3型植被发育为主。天山阶地剖面δ13C范围为-15.6‰~-27‰,平均值为-22.03‰,定量计算结果显示,晚末次冰期以来,天山北麓黄土沉积环境中C3和C4型植物均有发育。嵊山岛剖面中偏轻的有机碳同位素指示较好的降水条件,偏重的有机碳同位素指示降水条件的减弱;天山北麓剖面中偏轻的有机碳同位素指示较弱水热条件,偏重的有机碳同位素数值指示较好的水热条件,以上结果与元素地球化学指标所揭示的古气候变化特征较为一致。(6)通过对比分析嵊山岛黄土剖面元素地球化学与有机碳同位素等指标特征和会宁剖面、夏塬堡剖面等相关指标特征,发现嵊山岛黄土剖面末次冰期间冰段气候变化,与深海氧同位素MIS3阶段气候变化整体特征较为一致,即总体呈现了暖湿-冷干-暖湿的变化特征,表明了地处中国东部季风区的嵊山岛黄土沉积与西部黄土的形成与演化过程在冰期尺度上具有一致性。此外,在大体相同的时间框架内,即晚末次冰期至早全新世,嵊山岛和天山北麓黄土剖面所经历的沉积环境和气候变化呈现不同步的差异性变化关系,这也与现有相关研究所显示的西风系统控制下西北地区与东亚季风系统控制下东南地区,在第四纪地质历史时期气候变化呈反相位变化规律较为一致。(7)利用中等复杂程度气候模型UVicECSM对中国东部地区植被覆盖变化影响气候耦合作用的敏感性进行模拟,结果显示东部长江三角洲及其外延海域地表植被覆盖种类由森林变为灌草,即区域地表植被覆盖度的减弱,区域短波辐射增强,气温下降,并且西伯利亚降温,导致冬季风加强,长江三角洲地区风尘通量增强,温度进一步下降,使得该区域成为环境响应敏感区及影响东亚季风强弱变化的敏感区。上述结果与嵊山岛剖面有机碳同位素数值估算的C3型植物丰度、嵊山岛及天山北麓黄土剖面中粒度特征变化结果较为一致,初步表明了利用中等复杂程度气候模型UVicECSM对东部地区植被覆盖变化敏感性模拟及预测分析研究的可行性。
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