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内蒙古岱海地区全新世以来的化学风化及古环境变迁

金章东  
【摘要】:由于Rb、Sr地球化学性质的明显差异,在表生地球化学过程中,两者常常发生分馏。随着化学风化的进行,海洋、湖泊沉积物的Rb/Sr比将因流域内硅酸盐岩类化学风化率增大而变小。封闭湖盆接纳的各种气候条件下形成的连续沉积物具有明显不同的Rb、Sr含量,沉积物Rb/Sr比值的变化序列可以反映流域经历的化学风化历程。 首先,通过对位于东亚季风边缘的内蒙古岱海近500年沉积岩芯Rb/Sr比值变化研究表明,高Rb/Sr比值的湖泊沉积物是流域经历弱化学风化的反映:在小冰期气候的制约下,流域带入湖盆的Sr含量相对减少导致沉积物的Rb/Sr比值显著增高。湖泊沉积物的Rb/Sr比高峰区段与磁化率低峰区段相对应,两者具有显著的负相关性,这正与黄土—古土壤序列中两者的正相关性相呼应。从而表明,内陆封闭湖泊沉积物的Rb/Sr比值变化能很好地反映相应时期流域化学风化过程。短时间尺度的岩石的化学风化率是区域气温和降水量的函数,因此湖泊沉积物化学风化率良好的记录实质上指示了流域内相应时期降水量和温度的状况。岱海地区小冰期最盛期是以高Rb/Sr比值、低磁化率、低CaCO_3、低C_(org)、低C/A比和孢粉浓度的湖泊沉积为特征的,反映流域所经历的冷湿的气候环境。 在明确湖泊沉积物Rb/Sr比值古气候指示意义的基础上,通过AMS-~(14)C和~(210)Pb精确定年及12.08米岱海沉积岩心的Rb/Sr比值、碳酸盐含量和有机碳含量的变化,恢复了包括中世纪暖期(MWP)、小冰期(LIA)及全新世适宜期等典型气候事件在内的全新世环境演化过程,基本认识是:全新世早—中期(9-3.5kaB.P.),岱海沉积物的Rb/Sr比值在0.5-1.0之间稳定波动,反映岱海流域经历的较强的化学风化过程,这与全新世大暖期(“最适宜期”)湿润、温暖气候环境相对应,在5ka左右达到顶峰,主要环境特征表现为流域化学风化的显著增强、生物生产力逐步提高、湖泊水位大幅度抬升。在此期间,存在一次冷气候事件,其发生时间与来自湖沼、海洋、生物组合、极地冰芯等在内的全球环境记录基本一致,集中发生于8.0-8.5 ka B.P.之间,具体表现为流域化学风化减弱(Rb/Sr比为1.0-2.0)、湖泊产生力降低(低有机碳C_(org))以及湖泊水位下降。3.5 ka B.P.以后,岱海沉积物的Rb/Sr比显著增大,进入包括小冰期在内的新冰期,环境特征表现为CaCO_3、有机碳含量降低,湖泊水位下降等。期间,气候变化存在波动,如中世纪暖期的存在,其温暖程度要比大暖期稍弱,表现为同时期Sr、CaCO_3和有机碳的不同程度增加。岱海沉积物中的Rb/Sr比值的变化也展示了本世纪以来的气候增暖变化,但其化学风化强度还没有达到中世纪暖期的程度。 由此可认为,内陆湖泊沉积物中Rb/Sr比值是沉积记录中具有明确气候意义的有效指标。通过对内陆封闭湖泊沉积物的化学、物理、生物指标综合分析,建立了高分辨率的单一湖泊流域全新世以来所经历的化学风化及其环境演化过程。由于内陆湖泊沉积物具有连续性强、分辨率高、物源稳定等特点,因此利用湖泊沉积物记录的Rb/Sr比值反演流域古环境变迁比海洋沉积物、黄土—古土壤更直接,减少了不确定性,优势明显。


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