内蒙古准格尔旗红粘土序列的成因、年代及其古气候意义

文章对内蒙古准格尔旗红粘土沉积进行了粒度和磁性地层研究.粒度分析表明,该红粘土序列的粒度分布特征与灵台、泾川剖面的第四纪古土壤、新近纪红粘土十分类似,结合野外观察基本可以确认其风成成因.磁性地层和碳同位素地层研究表明,准格尔旗剖面古地磁极性序列可与标准极性柱C3n.1r～C3An.2n极性段相对应,根据沉积速率外推,其沉积时代为4.13～6.61Ma.该剖面是迄今为止有年龄报道的纬度最高的红粘土沉积,表明黄土高原主体地区红粘土的北界至少在现代毛乌素沙漠以北,其分布北界比黄土更靠北.空间粒度对比表明,红粘土的空间粒度分异远远小于第四纪黄土-古土壤序列,表明新近纪粉尘沉积区至源区的距离远大于第四纪时期.     

甘肃灵台黄土-红粘土序列中坡缕石的分布及其古气候意义

坡缕石是典型的干旱、强蒸发环境的指示矿物,黄土-红粘土序列中坡缕石的分布对古气候和古环境重建具有重要的指示意义。本文对灵台任家坡剖面中黄土、古土壤和红粘土代表性样品进行了场发射扫描电镜和高分辨透射电镜观察,结果发现,在3.6Ma以前沉积的红粘土中存有大量的自生坡缕石,而在3.2Ma以来沉积的红粘土及其上覆黄土古土壤序列没有坡缕石。剖面样品扫描电镜原位观察形貌特征和微观结构显示,坡缕石属于成壤作用自生矿物,系由伊蒙矿物在富镁孔隙液作用下转化形成。灵台剖面中坡缕石消失的层位与红粘土磁化率升高和粉尘通量及沉积速率增加的层位相一致。坡缕石在剖面中的分布指示3.6～3.2Ma前后是东亚季风的重要转型期,东亚古气候格局发生改变,由连续干暖的夏季风占主导向干冷冬季风和暖湿夏季风高频强波动交替环境演化。     

灵台红粘土—黄土—古土壤序列频率磁化率的古气候意义

通过对甘肃灵台晚新生代红粘土－黄土－古土壤序列的磁化率测量和频率磁化率分析，发现红粘土及黄土－古土壤的磁化率和频率磁化率化率存有良好的正相关关系，表明两套沉积在成壤过程中由生物作用或化学作用而形成的超顺磁性矿物含量，对磁化率和频率磁化率增大有重要的贡献。相比化率而言，受影响因素较少的频率磁化率变化，反映了不同气候条件下形成的超顺磁粒级铁磁矿物的相对含量，能更真实、敏感地记录不同时间尺度的古气候波动。灵台红粘土－黄土－古土壤序列的频率磁化等在2．6MaBP前后不同的变率特征，揭示了大冰期来临前后黄土高原的冷暖、干湿反差产生了显著变化，而与此相关的冬、夏季风变迁则表现出不同的组合特征。     

灵台黄土-红粘土序列的磁性地层及粒度记录

甘肃灵台县任家坡黄土－红粘土剖面的磁性地层学研究表明;中国北方连续的风成堆积可下推到705MdB．P。第三纪红粘土的粒度组成从上到下变化很小,与黄土－古土壤序列的粒度大幅度变化形成强烈的反差,意味着晚第三纪时期的气候总体上要比第四纪时期稳定。在705～2．6MaB．P．的红粘土沉积中,可分出的110～115个土壤B层与钙质结核层的组合,初步表明在这个时期有约110～115次气候旋回。     

2.6Ma前后大气环流重构的黄土—红粘土沉积证据

为重建第三纪红粘土堆积晚期搬运粉尘的主导性风向,我们在黄土高原采集４年南北向分布的红粘土剖面,分析了它们的沉积学特征;此外,还对黄土高原一条南北向断面上的过去０．１３Ｍａ以来的黄土地层进行了沉积特征分析。结果表明,红粘土的颗粒粗细并没有南北向分异现象,从而与粒度从北到南快速变细的黄土沉积形成鲜明对比。     

六盘山东麓朝那剖面红粘土-年代及其构造意义

黄土高原地区黄土之下的红粘土的年代和形成可为六盘山隆起、鄂尔多斯夷平面解 体以及青藏高原隆升等构造事件提供重要证据。六盘山东麓厚达303m的朝那黄土-红粘土剖面的磁性年代地层学表明：朝那红粘土开始堆积于8．1MaB．P．,是目前黄土高原上发现的最老的红粘土。8.1MaB.P．前后一次强烈构造运动使得鄂尔多斯夷平面解体,相对下沉地区接受红粘土沉积,六盘山地区开始隆起,这可能与青藏高原强烈的构造抬升事件有关。     

黄土高原风尘序列的碳酸盐成因及其风化过程

碳酸盐是黄土高原风尘序列的主要组成部分,其含量与原生碳酸盐溶解、再沉淀,以及含钙硅酸盐化学风化强度等密切相关。碳酸盐在表生环境下极易移动,且其迁移变化受大气降水、温度等古气候所制约,因此黄土次生碳酸盐记录了古气候的重要信息。甘肃西峰赵家川剖面碳酸盐含量、磁化率的系统测定和风尘序列地质特征研究表明,在整个剖面中,碳酸盐含量和磁化率曲线呈显著的负相关,并从剖面上部到红粘土底部,碳酸盐含量有增加趋势。黄土、古土壤和红粘土沉积分别处在不同风化阶段:黄土化学风化最弱,处于钙质残积阶段,古土壤处于强烈钙质淋溶阶段和硅铝残积阶段,红粘土化学风化最强烈,处于硅铝残积阶段或红土化阶段;不同的化学风化阶段古气候性质有别。     

8Ma以来黄土高原风尘堆积的物源变化与上地壳演化的关系

第三纪的红粘土和第四纪黄土同为风成沉积,二者是否有相同的物质来源?长尺度风尘的加积与上地壳演化之间有怎样的联系?二者均是非常重要的科学问题.由于Sr, Nd同位素可以有效示踪沉积岩的物质来源,我们近年研究了8Ma以来黄土高原泾川剖面红粘土-黄土序列《20靘的细粒硅酸盐组分的Sr, Nd同位素变化.结果表明:1)黄土高原的黄土与北太平洋中部的硅酸盐组分的Nd同位素组成非常接近,二者应在一定程度上具有相似的物质来源,即来自蒙古国南部及中国境内的戈壁、沙漠地区,所不同的是前者由近地面风搬运,而后者为远距离输送的风尘;2)Sr同位素在8.00～2.58Ma期间呈现略为增加的趋势,应当与红粘土的来源物质经受了较长时间的化学风化有关,而Sr同位素自2.58Ma以来的显著降低趋势与第四纪时期黄土-古土壤的物质来源和第三纪红粘土不同有关,新构造运动使更多相对年轻的造山带褶皱成山,第四纪冰期来临使更多高海拔的年轻造山带遭受剥蚀而成为黄土的来源物质,这是导致黄土、红粘土物源不同的重要原因.     

中国北方上新世晚期-更新世早期风成沉积物磁化率各向异性初探

前人对中国黄土高原晚更新世黄土沉积物的磁化率各向异性的研究表明,磁化率椭球体最大轴(Kmax)偏角的方向能够指示黄土沉积时期的搬运动力方向,即古风向,并可以通过这种途径进行古季风的重建.本研究试图通过对中国黄土高原晚上新世-早更新世转折时期的风成沉积磁化率各向异性研究进一步检验其在古风向重建方面的应用潜力.选择分别地处黄土高原中部、南部和东部地区的灵台、渭南和保德3个剖面,对红粘土向黄土过渡时期4个不同地层单元古土壤层(S32)、黄土层(L33)、过渡层(TU)以及红粘土沉积(RC)的样品进行了磁化率各向异性测量,结果表明磁线理L值很小,而磁面理F较为发育,这与前人对晚更新世黄土沉积磁化率各向异性的研究结果一致;同时,4个不同地层单元的磁面理F、各向异性度P和形状因子T在3个剖面上均表现出随土壤发育程度增强而减小的变化趋势,说明后期的成壤作用能够不同程度地降低磁面理、磁化率各向异性度以及形状因子的大小.与前人对于晚更新世黄土沉积磁化率各向异性的研究结果不同的是3个剖面的S32,L33,TU以及RC的Kmax的偏角似乎并不能反映出当时的搬运动力方向,即古风向,而长期的压实作用以及不同程度的后期土壤化作用是造成这一时期黄土和红粘土沉积物磁化率各向异性最大轴偏角方向未能反映出当时搬运动力方向(古风向)的原因之一.     

距今7Ma以来甘肃灵台剖面 Nd和 Sr同位素特征

测定了 7 Ma B.P.以来灵台剖面红粘土和黄土-古土壤序列的酸不溶物 Sr和 Nd同位素组成.样品酸不溶物 87Sr/86Sr变化可明显分为两个阶段.第一个阶段,从 7 Ma B.P.到 2.5 Ma B.P.,为红粘土层,酸不溶物 87Sr/86Sr稳定位于高值,反映了东亚冬季风处于相对平稳的弱势.第二个阶段,从 2.5 Ma B.P.到现在,酸不溶物 87Sr/86Sr呈下降趋势,波动加强,反映了东亚冬季风不断增强,并且冬季风和夏季风交替变化加强. 7 Ma B.P.以来灵台剖面红粘土和上覆的黄土-古土壤的 Nd同位素组成一致,并揭示 7 Ma B.P.以来,北太平洋中部沉积物与黄土高原黄土都来自相同的物源区.     

黄土高原红粘土序列与晚第三纪的气候事件

红粘土序列由7个古土壤组合和与之相间的红色黄土组合组成,它们是建议的地层划 分和对比的一级单位。系统的古地磁研究表明,黄土高原风尘沉积开始的年龄约为7．2MaB．P．,它标志着晚新生代亚洲内陆干旱化的开始,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。风尘沉积速率与夏季风强度在长时间尺度上的耦合揭示了它们与青藏高原高度的共同联系,也意味着青藏高原可能经历了多次隆升和夷平过程;第四纪黄土-古土壤序列是2.6～2.8MaB.P．全球冰期-间冰期气候旋回建立的证据。     

新近纪以来中国黄土高原的风尘记录

通过对黄土高原中部两个典型的风尘堆积序列的岩性和磁性地层研究 ,认为中国黄土高原风尘堆积的开始发育年龄至少约为 7.2 Ma B.P.。以红粘土和黄土—古土壤交互出现的风尘沉积 ,不仅真实地记录了东亚季风气候的形成演化 ,而且可能包含了青藏高原的阶段性隆升、北半球冰盖形成演化及大冰期发生等构造气候事件的印记。反映粉尘源区的干燥度及携带粉尘的大气环流强度的风尘沉积速率自 7.2 Ma B.P.开始、尤其是 4.5 Ma B.P.以来逐渐增大 ,似乎暗示了自新近纪以来亚洲内陆粉尘源区干旱化的逐级发展和东亚冬季风环流强度的逐渐增加     

甘肃秦安糜子湾剖面中新世风尘堆积的磁性地层学研究

文章对西部黄土高原糜子湾黄土-古土壤剖面进行了磁性地层学研究。该剖面厚度为164.4m,记录了15个正磁极性段和15个负磁极性段,可与标准极性表中从C5r.3r到C5En之间的极性带对比。根据极性界限用平均沉积速率外推,得到该剖面顶界年龄为约11.6MaB.P.,底界年龄为约18.5MaB.P.。糜子湾剖面位于已发表的QAⅠ中新世黄土剖面以东约30km,两剖面相同时代的地层在岩性地层结构和磁化率曲线波动上具有高度的一致性,表明中新世黄土-古土壤序列与第四纪黄土-古土壤序列一样,地层在空间上有很好的可对比性。文章的结果为从空间角度研究中新世环境变化行为提供了新剖面的年代地层框架。     

元素地球化学揭示的长江中游鄱阳湖地区中更新世以来粉尘堆积的物源特征及其环境意义

位于长江中游的鄱阳湖地区深受东亚季风影响,因其特殊的地理、地貌与水文、水系特征,自中更新世以来随着冬季风的加强,在大姑组、九江组砾石层之上风成堆积广泛发育。该区域中、上更新统表现为网纹红土、均质红土和下蜀黄土的独特沉积序列,厘清这三套独特沉积序列的物质来源对于我们认识东亚季风演化及其区域环境响应至关重要。本文选择了长江中游鄱阳湖地区10个典型剖面,基于<20μm颗粒组分的元素地球化学特征,研究了该地区中、上更新统粉尘堆积的特点,并将其与黄土高原西峰黄土和东秦岭黄土做了对比分析。研究认为,长江中游鄱阳湖地区这套独特的沉积序列,元素特征基本相似,具有贫Co、Pb,富Zr、Hf,低Eu/Eu^*(0.53~0.62)、LaN/YbN(4~8)、Ta/Zr(0~0.006)、Nb/Zr(0~0.09),高Y/Ho(28~30)、Zr/Hf(36~48)等特点,与黄土高原与东秦岭黄土有显著区别。基于Hf-Th-Co、Th-Sc-Zr/10和Th-Sc-La蜘蛛图投影分析,鄱阳湖地区第四纪粉尘物质的源岩接近于石英岩类,为被动大陆边缘构造背景下的产物,显著区别于黄土高原与东秦岭黄土(源岩接近于页岩,形成于大陆岛弧构造背景)。进一步分析认为,网纹红土、均质红土的母质均与区域下蜀黄土类似,推测它们均来自于其冬季风上风方向的长江或赣江的古河谷漫滩,这套独特的沉积序列是第四纪以来长江中游现代格局的水系贯通后,冬季风增强,吹蚀大江大河广阔的古河谷漫滩而形成的区域粉尘堆积的结果;是湿热的亚热带季风区对于中更新世以来在轨道尺度上冬夏季风均加强的背景下独特的区域响应。     

东亚冬季风演变和亚洲内陆干旱化信号的多尺度分析

对中国灵台黄土剖面1MaB.P.粒度时间序列和赵家川剖面3.6Ma风尘通量时间序列进行经验模态分解,探讨东亚冬季风和亚洲内陆干旱化的演变特征,发现,1)1MaB.P.以来,东亚冬季风波动主要周期是100ka,40ka和20ka,其中100ka的周期为主导周期;2)在100ka,40ka和20ka周期即偏心率周期、黄赤交...     

Comparison of particle size characteristics of the Tertiary 'red clay' and Pleistocene loess in the Chinese Loess Plateau: implications for origin and sources of the 'red clay'

The origin of the Tertiary ‘red clay’ underlying the Pleistocene loess in the Chinese Loess Plateau remains controversial, although several lines of evidence have suggested a wind‐blown origin. This study examines the particle‐size parameters of the late Miocene and Pliocene ‘red clay’ by comparing it with those of the late Pleistocene loess. The particle‐size distribution of a total of 15 339 loess and 6394 ‘red clay’ samples taken from 12 loess sections along a north–south transect and two ‘red clay’ sequences at Lingtai and Jingchuan was systematically analysed. The median grain size, skewness and kurtosis of the late Pleistocene loess all show a systematic southward change and are principally influenced by distance from source region. The spatial and temporal differentiation of dust deposits is expressed in a skewness–kurtosis–median grain size ternary diagram, from which the distance to the source region can be inferred. The particle‐size characteristics of the Tertiary ‘red clay’ sediments are very similar to those of the palaeosols within the late Pleistocene loess deposits, suggesting an aeolian origin for the ‘red clay’. Based on the comparison of ‘red clay’ and loess in the ternary diagrams, it is inferred that the source–sink distance was greater in the Neogene than in the last and penultimate interglacials, and that the dust source region in north‐western China underwent a progressive expansion during the period from at least 7·0 Ma to the present.     

近13万年来黄土高原干湿气候的时空变迁

第四纪时期，黄土高原粉尘物质的搬运、沉积及其后的成土过程受控于干湿气候的变化。对黄土高原这一特定地区而言，风成沉积序列在地域上的差异主要与东亚地区的季风环流在时间和空间上的变化有关。本文的研究揭示出，近１３万年里，最为显著的成壤期有６期，与这６个成壤期对应的时段也应当是夏季风环流加强、气候温湿的时期；在空间上，全新世适宜期及末次间冰期中与深海氧同位素阶段５ａ，５ｃ，５ｅ对应的时期，夏季风足可以深入到毛乌素沙漠腹地，并具有占优势的环境效应。在阶段３的早、晚期及５ｂ时期夏季风虽然也能深入沙漠－黄土边界带，但其环境效应在黄土高原北部及毛乌素沙漠南缘已不再显著。在阶段２、阶段４及阶段３的中期夏季风已不能深入沙漠－黄土边界带。     

末次间冰期以来青藏高原东部季风演化的黄土沉积记录

对青藏高原东部甘孜地区末次间冰期以来黄土地层的磁化率、粒度、CaCO₃含量和有机碳含量等气候代用指标的综合分析表明,末次间冰期以来青藏高原东部冬、夏季风分别经历了5次和6次较为强大的时期;其演化阶段基本可与深海氧同位素曲线(SPECMAP)对比。与同期印度洋季风强度变化存在极高的一致性(特别是在氧同位素阶段3)。我们认为,全球冰量变化可能不是控制青藏高原季风演化的决定因素,而其它因素如太阳辐射变化及高原下垫面状况对高原季风演化可能具有更为重要的意义。