10Be产率-地磁场转换方程的建立及其在黄土研究中的应用

建立了¹⁰Be产率-古地磁场强度的便捷转换方程, 并以洛川剖面最近80 ka的¹⁰Be浓度记录结合磁化率等气候代用指标为研究对象, 利用全新的LGM分离方法将影响黄土¹⁰Be浓度的气候因素和地磁场因素进行了分离, 成功示踪了末次冰期阶段拉尚(Laschamp (42 ka))、莫诺湖(Mono Lake (32 ka))等古地磁漂移事件, 进而定量重建了最近80 ka 地磁场强度变化历史. 重建结果与全球典型地磁场强度曲线(SINT-200, NAPIS75等)具有几乎同步的变化特征, 从而表明采用LGM方法和新的转换方程在利用黄土¹⁰Be记录示踪和重建古地磁场强度研究中的实用意义及应用前景. 通过分析表明, 季风区降水的不均匀性是导致黄土¹⁰Be浓度无法直接示踪古地磁场漂移事件的主要原因, 而来自粉尘源区的尘降¹⁰Be浓度和尘降磁化率具有“准恒定分布”特征.     

多变量线性回归的平均值概念及其在地学研究中的应用

文章以实例阐述了多变量一元线性回归计算中的“平均值概念”. 作者根据“平均值概念”, 利用珊瑚δ¹⁸O比值重建了最近90年西沙表层海水盐度的变化历史,并运用洛川黄土¹⁰Be记录示踪了最近80 ka全球性的古地磁漂移事件, 从而阐明了“平均值概念”在地学数据分析中的重要意义及应用前景.     

基于地磁场相对古强度变化的下蜀黄土年代序列及其古气候意义

分布于宁镇地区的下蜀黄土年代标尺研究薄弱.我们以镇江大港钻孔岩芯的下蜀黄土为例,探讨了下蜀黄土记录地磁场相对古强度的可靠性.岩石磁学的实验显示,下蜀黄土大体上符合估计相对古强度对沉积物的要求.以低频磁化率()作为天然剩磁(NRM300)的归一化因子,我们获得了下蜀黄土记录的地磁场相对古强度变化.通过与邻区和全球的单个及合成曲线的对比,我们发现大港钻孔岩芯的相对古强度记录展现出主要的全球偶极场的变化特征,因而可用于建立下蜀黄土的年代标尺.新的年代标尺表明,大港钻孔的磁化率年代序列与北方黄土无法直接对比,证实了该地点的下蜀黄土磁化率变化机制与北方的不同.大港钻孔下蜀黄土的沉积速率与磁化率相关,低风尘沉积速率对应低磁化率,是降水增加所导致的结果.沉积速率与磁化率年代序列显示,下蜀黄土记录的本区季风变化过程可分为4个阶段.阶段Ⅳ(819～700ka)对应中更新世转型阶段,东亚季风降水较少.阶段Ⅲ(700～412ka)对应中更新世的大间冰期,东亚季风降水最多.阶段Ⅱ(412～197ka)时东亚季风降水减少,较阶段Ⅳ略少.阶段Ⅰ(197～34ka)东亚季风降水最少.因此,中更新世气候转型后,长时间尺度东亚季风降水持续减少,可能受全球温度阶段性降低驱动.     

末次间冰期以来中国黄土记录的地磁漂移研究回顾

记录在第四纪沉积物或火山岩中的地磁漂移不仅加深了人们对地球动力学机制的认识,还为古环境和古生物研究提供了重要的时间控制点.中国黄土高原地区广泛分布的第四纪黄土-古土壤序列粒度细、沉积速率高且连续性好,是记录地磁漂移的良好材料.本文重点总结和分析了前人对末次间冰期以来中国黄土中地磁漂移的研究结果,主要包括Blake、Laschamp和Mono Lake.结果 显示,部分黄土剖面可以记录地磁漂移的地磁场变化细节特征,但并非所有剖面都能记录全部已知的地磁漂移,且同一地磁漂移在不同剖面所呈现的地磁场形态学特征也存在差异.在地磁漂移期间,地磁场稳定性较差、黄土沉积中千年.百年尺度的沉积间断以及黄土沉积后的成岩作用影响可能是造成地磁漂移特征记录差异或缺失的客观原因.以前的研究中,样品时间窗选择过大带来的平滑效应可能是重要的人为因素.本文认为,将来的研究中,根据10 Be产率的变化,并结合高密度光释光定年,进行更高分辨率(如10～100年尺度)的古地磁研究,可能有利于揭示黄土记录的地磁漂移信息.     

布容期以来中国黄土沉积地磁极性漂移事件研究进展

黄土高原风尘沉积序列厚度大、地层连续,是高分辨率古地磁研究和古气候研究的理想材料.然而,缺少精确年龄控制点制约了黄土古气候信息的区域对比和海陆对比研究.地磁极性漂移是地球磁场长期变化过程中的基本行为之一,全球同步性使其成为古气候研究可靠的年龄控制点.布容正极性时记录了多次极性漂移事件,为高分辨率黄土古气候学提供的新的途径.通过回顾近年来的研究成果可知,黄土沉积物广泛记录了Laschamp和Blake地磁极性漂移事件,且部分剖面中存在Mono Lake事件的报道.此外尚未明确限定的倾角变负波动不断提出,极大地拓展了黄土沉积物极性漂移事件研究的深度和广度.然而,部分高沉积速率黄土剖面存在极性事件缺失现象对黄土沉积物可以稳定记录地磁极性漂移事件提出了质疑.目前对这一现象的解释有剩磁获得机制、Lock-in效应、沉积间断和气候响应等.然而,热退磁可有效去除化学剩磁(CRM)的影响,与CRM密切相关的剩磁获得机制无法解释相近区域内极性事件记录的差异.黄土沉积物较浅的Lock-in效应否定了其会普遍引起极性事件记录的缺失.黄土高原内部低沉积速率(小于10 cm/Ka)地区千年尺度极性事件和地磁场长期变化的记录否定了黄土沉积存在千年尺度的沉积间断.本文通过分析已有研究成果,认为极性漂移期间地磁场稳定性较差,导致磁性颗粒记录的磁场信息存在差异,可能是极性事件记录缺失的主要原因.     

四万年以来南海西北次海盆地磁场古强度演化及其地球动力学意义

海洋沉积物能够记录较为连续的古地磁信息.对沉积物记录的天然剩磁(NRM)进行归一化处理,可以构建过去较为连续的地磁场相对古强度(RPI)信息,这对于研究地磁场演变与全球记录对比具有重要的科学意义.本文以南海西北次海盆地区L07岩芯作为研究对象,利用等温剩磁(IRM)作为NRM的归一化参数,构建了南海西北次海盆地区37ka以来的RPI曲线.实验结果显示,L07岩芯中载磁矿物的成分较为单一,以单畴(SD)-细粒准单畴(PSD)低矫顽力磁铁矿为主,能够作为古强度记录的载体.此外,在11.5ka处RPI出现峰值.进一步结合东亚地区鄂霍茨克海岩芯的RPI记录以及中国黄土10Be的丰度变化,我们认为该RPI峰值是由于地球非偶极子场影响所致.这说明东亚正磁异常的影响范围可以达到中国南海等中低纬度地区,这为理解东亚地区磁场演化提供了新证据,同时也为该区千年尺度RPI记录变化特征提供了新机制.     

马兰黄土剩磁不存在显著Lock-in效应: 来自Laschamp地磁漂移的证据

中国黄土-古土壤序列的年代框架主要是基于磁性地层所建立的. 然而, 黄土剩磁是否存在显著的lock-in效应, 目前仍存在很大争议. 通过比较黄土高原洛川剖面记录的地磁异常和大西洋Heinrich冰筏事件在马兰黄土地层中的位置, 揭示了Laschamp地磁漂移被记录在两次寒冷事件(距今~39 ka的H4及~48 ka的H5)之间, 估算的Laschamp地磁漂移相应的年代大约为41.7~43.7 ka, 与该地磁事件的年龄(大约40~41 ka)相近. 这说明, 马兰黄土的剩磁不存在显著的Lock-in效应.     

Cobb Mountain极性事件在黄土中的记录

对渭南黄土剖面L1 0至S1 3进行了详细的岩石磁学和古地磁学研究 ,获得了CobbMountain极性事件转换过程中地球磁场变化特征 .结果表明 :(ⅰ )CobbMountain极性事件与地球磁场方向变化相联系的持续时间约 2 2ka ;(ⅱ )从统计意义上讲 ,VGPs主要沿两个经度带移动 ;(ⅲ )CobbMountain极性事件期间地球磁场强度明显减弱     

菲律宾海西北部岩芯记录的125 ka以来的地磁场强度及其影响因素

沉积物记录的地磁场强度首先提供了模拟地磁场演化的数据约束,其次提供了沉积物的年龄信息. 本文报道了菲律宾海西北部岩芯记录的地磁场相对强度,并结合岩石磁学和沉积学性质探讨了影响强度的各个因素. 除底部红粘土层的局部磁偏角偏转可能揭示了沉积后改造以外,磁化率各向异性和地磁场方向特征表明沉积物为原状沉积. 岩石磁学性质表明沉积物符合磁性均一性,可以记录可靠的地磁场强度. 由于红粘土层及其下部的磁偏角异常,本文讨论其上部约125 ka的结果. 常规归一方法获得的两个地磁场强度参数NRM/ARM(特征剩磁和非磁滞剩磁比值)和NRM/κ(特征剩磁和磁化率比值)与其它记录对比得到时间-深度对比点,对比点之间的年龄为线性内推或者外推. 地磁场强度时间模型上的岩芯氧同位素与全球氧同位素综合曲线一致证明强度结果的有效性和对比的正确性. 磁化率为归一参数的强度大多低于以非磁滞剩磁为归一参数的强度,频谱和相关分析证明NRM/ARM不与ARM和磁性矿物粒度(ARM/κ)相关,也没有轨道周期性,而NRM/κ却与κ和ARM/κ相关,而且有13~12 ka的周期. 由此我们认为NRM/ARM记录的地磁场强度比NRM/κ更好地消除了气候印记. 进一步探讨了超顺磁含量、碳酸钙含量、磁性矿物组成以及磁性矿物粒度变化与地磁场强度差值的关系,发现末次间冰期较高的超顺磁含量和磁性矿物粒度的较大范围变化造成了地磁场强度差值,后者至少造成了90%差异. 中等含量的碳酸钙和较小的磁性矿物组成变化不是磁场强度差值产生的原因. 如何校正磁性矿物粒度变化的影响将是下一步工作的重点.     

近130ka中国黄土磁化率气候记录与南极冰芯气候记录

黄土高原中部的陕西泾阳、旬邑黄土剖面具有高分辨率气候记录,记录了130ka 以来的气候波动,一些细微的气候波动也被记录下来。位于大陆的黄土磁化率气候记录可以与南极冰芯气候记录对比。结果表明:Lorius 与 Jouzel 等将冰芯同位素曲线划分为 A、B、C、D、E、F、G、H 冷暖阶段,可与黄土磁化率气候曲线划分的1、2、3、4、（5、6、7）、8,9、10冷暖阶段对比。其中冰芯记录所反映的 A、C、E、G（或黄土记录反映的1、3、5、6、7、9）为暖阶段:B、D、F、H（2、4、8、10）为冷阶段。总之,黄土磁化率记录曲线与冰芯气候记录曲线的形态极为相似,指示了黄土高原地区的大陆气候变化与极地气候变化同受全球变化的影响。这证明了极地冰量变化与东亚大陆冬、夏季风强弱变化,是全球气候变化在极地与大陆的两种表现形式。黄土记录的气候变化时间滞后于冰芯记录,可能暗示着大陆气候变化滞后于极地气候变化。     

最近150ka黄土高原夏季风气候格局的演化

通过覆盖黄土高原的30个黄土-古土壤剖面磁化率的测量,绘制了倒数第二冰期(约150kaBP)、末次间冰期(约130～74kaBP)、末次冰期间冰段(约59～24kaBP)、末次冰期极盛期(约18kaBP)及全新世气候适宜期(约9kaBP)共5个特征气候期的磁化率等值线略图。以末次冰期极盛期黄土的磁化率作为风成粉尘的原始磁化率,相对于这个本底值的磁化率增量可作为夏季风气候活动在相应地区的指示及其相对强度。据此,初步恢复了由磁化率等值线所反映的各个时期夏季风气候的空间格局,并估计了夏季风平均锋面的活动范围及其北界的可能位置,从而粗略地再现了最近150ka黄土高原夏季风气候格局的演化过程。同时提出,这一演化过程不仅包含了控制东亚季风环流的各个成员的位置、强度及它们之间的相互配置方式等重要信息,而且可能也与极地和穿越赤道的气流有关。     

白令海岩芯记录的冰消期14 ka以来地磁场强度和方向

对白令海北部陆坡B5-4孔进行了古地磁和岩石磁学研究,尝试获得该岩芯的地磁场相对强度和方向变化信息.结果表明:(1)除0~0.44 m沉积物的磁性矿物粒度比其余沉积物细以外,岩芯的磁学性质总体均一,其记录的地磁场相对强度可以与北大西洋ODP983孔相应记录进行高度对比.(2)根据B5-4孔与ODP983孔地磁场相对强度记录对比结果,并结合该孔4.54~4.56 m处有孔虫AMS¹⁴C测年结果,可以确定3个深度-年龄对比点,并据此初步建立了B5-4孔的年龄模型.(3)B5-4孔磁偏角和磁倾角记录与贝加尔湖、北美、欧洲全新世以来的记录和当地地磁场球谐模型结果一致,其对比点丰富了强度对比点年龄模型,揭示了14 cal ka B.P.以来近线性的沉积模式.(4)根据与中国东部陆架两个钻孔的磁倾角对比,我们推测B5-4孔9~14 ka之间两段浅化的磁倾角可能是哥德堡极性事件的记录,但是受到早期成岩或者沉积物平滑效应的影响.以上结果足以证明,地磁场相对强度和方向变化可以从适宜的白令海沉积物中获得,它可以为确定该海区沉积物年龄提供相关辅助信息,有助于解决北极、亚北极古环境和古海洋研究中由于有孔虫等钙质生物壳体缺乏导致的年龄信息匮乏问题.     

Gauss-Matuyama极性转换期间地球磁场方向和强度变化特征

粒度分析和风化强度研究表明 ,黄土高原渭南阳郭剖面黄土层L33沉积期间成壤化作用相对较弱 .在此基础上 ,为研究极性转换期间地球磁场变化特征 ,本文对黄土层L33进行了详细的岩石磁学和古地磁学研究 ,其结果表明黄土层L33的主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿 ,并以沉积剩磁为主 ;由逐步热退磁确定的特征剩磁 （ChRM ）揭示了G M（Gauss Matuyama）极性转换过程的持续时间为 9 43± 0 64ka;在G M极性转换之前 ,地球磁场曾发生过持续时间为 2 2± 0 1 3ka的短极性漂移事件 ;相对强度研究表明 ,G M极性转换期间地球磁场强度减弱 .     

末次冰消期东亚和挪威海气候事件的对比

通过对黄土-古土壤和泥炭剖面的高分辨率~14C年代学以及有机质的δ~(13)C值和有机碳百分含量的研究,揭示了末次冰消期百年尺度温暖-寒冷的东亚季风气候颤动事件及其反映的有意义的降水变率.它们由波令(Bolling13～12.5ka BP),老仙女木(Older Dryas 12.5～11.75ka BP),阿勒鲁德(Allerod 11.75～11.2 ka BP)和新仙女木(Younger Dryas 11.2～10 ka BP)事件构成.其地层结构表现出多种沉积相的变化,反映了气候的不稳定性.这些高频、快速的气候事件可与挪威海海面温度记录的气候事件—一对比.反映了东亚季风气候通过西风带及与其相关的气压系统与极地.高纬地区古气候的遥相关.     

浑善达克沙地的光释光年代序列与全新世气候变化

浑善达克沙地具有对气候变化响应敏感和生态环境脆弱的特点,是研究环境变化的理想地区．相对于黄土而言,沙质沉积是近源、在沉积期堆积速率快,有可能记录了某些时间段千年时间尺度的干旱事件．应用光释光测年技术,对浑善达克沙地东北．西南断面上具代表性的10个沙丘和沙／黄土剖面进行了年代测试,获得了35个样品的光释光年龄;结合野外地层观察分析和粒度、磁化率等测试,得到了浑善达克沙地全新世干旱事件和相对湿润期的气候变化记录：在距今9．9～8．2ka期问,沙地发育厚层粗砂层,沙丘处于活动状态,气候干燥,植被覆盖度低;在距今8．0～2．7ka期间,沙地发育有多层浅灰一灰黑色砂质土壤,沙丘总体上处于固定．半固定状态（也含有短时段的沙丘活化的干旱事件）,指示气候较之前明显湿润,植被相对茂密;2．3ka以来,沙地沉积物以粗砂堆积为主,沙丘又重新活化,气候总体上为干旱．通过对沙丘沉积记录和沉积产状的分析,发现浑善达克沙地在全新世早期、8．2ka前后以及小冰期时期,气候较为干旱,植被盖度小,沙丘活化;在“隋唐暖期”和“中世纪温暖期”,气候较湿润,植被发育良好,沙丘固定．具有绝对释光年龄控制的沙丘沉积记录表明,全新世浑善达克沙地多次千年时间尺度的气候事件可能是全球气候变化的区域响应．     

西菲律宾海沉积物200ka以来的地球磁场相对强度记录及其年代学意义

对西菲律宾海本哈姆高原的Ph05重力柱样沉积物进行了系统的岩石磁学和古地磁研究,结果表明载磁矿物主要为准单畴磁铁矿,磁性矿物的含量变化不大,表明该孔适合于古地磁场相对强度（RPI）重建．应用磁化率、非磁滞剩磁（ARM）和饱和等温剩磁（SIRM）归一化天然剩磁,从而得到RPI．为了进一步确定由3种方法得到的RPI的可靠性,运用P-T方法和交叉谱分析进行检验,发现应用ARM归一化得到的RPI与相关的气候参数相关性最小,因此认为应用ARM作为归一化参数得到的RPI最为可靠．基于RPI建立的年代模型与基于AMS^14 C测年数据以及通过有孔虫氧同位素曲线而建立的年代模型较为一致．文中得到的过去200ka以来的RPI与全球其他地区得到的相应曲线非常相似,其强度低值可以和Sint-200的谷值相对应,这种相似性证实了地球磁场强度变化的全球一致性．     

10Be dating of boulders on moraines from the last glacial period in the Nyainqentanglha mountains,Tibet

Chronologies of glacial advances during the last glacial period in the Nyainqentanglha mountain range may provide constraints on the past climate in a transition zone of the Asian monsoon.We present 15 new10Be exposure ages from two moraines in the Payuwang valley,on the north slope of the range.The inner moraine has exposure ages ranging from 18.0±1.7 to 30.6±2.8 ka(n=10),with a mean age of 23.8±4.0 ka,corresponding to the global Last Glacial Maximum(LGM).The outer moraine yields exposure ages ranging from 18.0±1.6 to 39.9±3.7 ka(n=5).Evidence for weathering leads us to view the oldest age as a minimum age,placing moraine formation during MIS3.Chronologies from the last glacial period from south slope of the Nyainqentanglha support this interpretation.Thus,there appears to have been a local LGM(LLGM)during MIS3 and a more limited glacial advance during the global LGM.Glacial advances during MIS3 in the Nyainqentanglha may correlate with millennial-scale climate change(Heinrich events).     

东北平原杜蒙钻孔的磁性地层学和磁化率对松嫩古湖演化的指示

湖相沉积是过去气候环境变化研究的重要地质记录.东北平原在早-中更新世时期曾发育一个巨型湖泊(松嫩古湖),对这一古湖的演化历史和机制仍需多钻孔的进一步研究.本研究针对东北平原杜蒙(HL)钻孔沉积物开展了²⁶Al/¹⁰Be同位素年代学、古地磁年代学、磁化率地层学和岩石磁学研究,结果表明：(1)令字组和林甸组湖相沉积的界线为约900 ka;(2)林甸组的磁化率明显高于令字组,令字组的高矫顽力弱磁性矿物贡献相对较大;(3)林甸组磁化率的升高可能与湖平面降低、水动力增强、入湖的强磁性矿物增多或者氧化还原条件改变,从而生成了强磁性铁的硫化物有关;(4)约900 ka前后,松嫩古湖萎缩,可能与中更新世气候转型期间大西洋深层翻转流(Atlantic meridional overturning circulation,简称AMOC)减弱致使热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)南移,以及海平面下降造成更多陆地暴露地表,水汽输送距离增加,进而共同导致东亚夏季风降水减少有关.     

第三系-第四系黄土界线铱异常的发现及其意义

利用放射化学中子活化分析和仪器中于活化分析方法,测定了我国陕西段家坡黄土剖面第三系-第四系(2.48 Ma)沉积界线附近黄土样品中铱和一些其它微量元素的丰度.在古地磁倒转界线处发现了铱的丰度异常,其最高含量为 58.5×10~(12)g/g,比其背景含量至少富集了10倍.除了铱和金之外,其它元素,特别是与火山活动密切相关的As和Sb等亲硫元素在界线附近并无富集.因此,铱异常的火山成因基本上可以排除.铱异常的出现与古地磁倒转事件(M/G)具有等时性.这表明第三系-第四系之交的古地磁倒转事件以及全球性的气候突变可能与这次地外撞击事件有着密切的成因联系.     

中原邙山黄土及最近200 ka构造运动与气候变化

位于黄土高原隆升区与华北平原沉降区过渡带上的中原邙山黄土 ,是风尘源区就在黄河下游冲积扇扇顶部位的近源砂黄土 ,它记录了最近 2 0 0ka构造与气候耦合效应的信息 .在风尘堆积过程中 ,于倒数第二冰期末 ,约 0 .1 5MaBP ,发生了以沉积速率突然加快为标志的环境突变事件 ,黄河贯通三门峡东流给风尘沉积带来了丰富的物源 ,形成厚 1 5 .7m的S1古土壤和 77.3m的L1黄土 .邙山黄土 古土壤序列不仅详细地记录了东亚季风在这一特定地区的气候响应 ,而且清楚地反映了构造作用下黄河干流切穿三门峡东流入海引起的环境效应 .