晚新生代黄土高原风尘序列的磁性地层与古气候记录

【摘要】： 通过系统的野外地质调查,在黄土高原中部、南部和北部选择了地层连续稳定、出露良好的晚新生代风尘序列或第三纪红粘土序列共5个剖面进行了野外地层测量、岩性描述及样品采集。这些剖面包括位于黄土高原中部的灵台剖面、西峰巴家咀剖面、赵家川剖面、位于南部的段家坡剖面和位于北部的府谷剖面。用超导磁力仪对所有剖面作了系统的磁性地层研究,获得了各剖面的磁性地层年代和磁化率古气候记录。用激光粒度仪对灵台全剖面完成了粒度测量,获得了风尘序列的粒度古气候记录。以磁极性界线年代作为控制点,以风尘粒度作为沉积速率的指示计算了年代控制点之间样品点及剖面底界的年龄,从而获得了各剖面的年代标尺,确定了黄土高原风尘堆积开始发育的时代。以粒度和沉积速率作为东亚冬季风的代用指标,以磁化率作为夏季风的代用指标,获得了最近7.2Ma的晚新生代东亚冬、夏季风变迁的时间序列。在此基础上探讨了中国黄土高原风尘的堆积一成壤序列发育的控制因子,揭示了青藏高原隆升对中国黄土高原风尘堆积及东亚季风的决定性作用及这一风尘序列所记录的高原隆升信息。通过对比东亚冬、夏季风记录与深海记录,讨论了全球冰量变化对东亚冬季风和中国风尘堆积的重要作用,从而识别了风尘记录中冰量变化的信息,并为青藏高原隆升与全球冰量变化的之间可能联系提供了证据。本论文得出以下主要结论。 1.用热退磁方法和超导磁力仪对位于黄土高原中部、北部和南部共4个剖面进行系统的磁性地层研究表明,黄土高原的红粘土序列具有基本一致的磁性地层结构。它主要由Gauss正极性时,Gilbert负极性时和Chron 3组成,Gauss的特征是中下部有两个负极性亚时。Gibert时的结构特点是两个负极性夹着四个正极性事件。发育完整的剖面一致显示出风成红粘土底界位于Chron 3B中,黄土高原风尘堆积一成壤序列开始发育的时代约为7.2Ma,它标志着晚更新生代亚洲内陆干旱化的开始。如果认为这一序列的形成与亚洲季风气候的起源和青藏高原的高度密切相关的话,风尘堆积在7.2Ma的出现则可能意味着青藏高原在此时达到了有意义的高度,东亚古季风环流基本建立。 2.黄土高原的红粘土序列由七个显著的红色黄土层以及与之相间的七个古土壤组合组成。其中七个古土壤组合的年代中值分别约为6.5、6、5、4、3.3、2.8和2.6Ma,它所分别对应于指示夏季风气候的磁化率曲线上的七个峰带,磁化率和古土壤成壤程度所指示的东亚夏季风周期性的增强,其周期约为1 Ma。夏季风这种变化特征在很大程度上揭示了青藏高原的阶段性隆升对东亚夏季风的决定性作用。 3.在晚新生代东亚古气候变迁的历史中有三个重要界线,7.2Ma开始亚洲内陆的干旱化,可能标志东亚季风系统的初步建立。3.4Ma是东亚夏季风显著加强的时期,表现为风尘序列的磁化率明显升高,2.6Ma是东亚古气候演化的阶段性转折,一方面表现为东亚大陆进一步干旱化,同时气温快速下降、冬季风环流显著加强,另一方面冬、夏季风的变化幅度和气候的季节性明显增大。 4.全球冰量的变化对东亚季风和粉尘堆积的作用表现在万年轨道尺度的季风气候旋回及几个重要的冰量变化界线上粉尘记录的响应,如约7.2Ma粉尘堆积的出现和3.2-3.4Ma风尘沉积速率的进一步增加。红粘土序列的粒度和磁化率的长波变化中,有些在深海记录所指示的冰量变化中也有存在,可能意味着与东亚季风密切相关的青藏高原隆升与全球冰量之间有某种联系。