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.

     

约900 ka前后冰期夏季风降水减弱:东北平原湖相沉积物的粒度证据

中更新世转型(mid-Pleistocene Transition,简称MPT)期间,除了冰量周期由40 ka向100 ka的特征转变之外,约900 ka以后,高纬冰量、全球海平面和大气CO₂/大洋碳库的变幅也都发生了明显变化,这些因素对东亚夏季风的演化产生了深远影响。但关于此时期东亚夏季风降水的变化趋势及其驱动机制,目前尚存在不同看法。本文在前期古地磁和光释光(optically stimulated luminescence,简称OSL)年代框架的基础上,基于东北平原QAL钻孔上部71 m的沉积物粒度重建了夏季风降水演化序列。结果表明：1)时间跨度为1180~450 ka的林甸组和令字组均为较细颗粒的湖相沉积,且林甸组明显较令字组颗粒粗;2)粒度粗的层位代表低湖面阶段,反映降水少,为冰期,反之亦然;3)小波分析显示约900 ka后,100 ka周期特征明显,为通过与深海氧同位素对比获得更精细的年龄序列奠定基础;4)约900 ka后,冰期的降水有明显减弱的趋势。高纬冰量扩张造成的全球海平面下降导致更多陆地暴露出海平面,增加了大洋水汽的输送距离,可能是降水减少的一个影响因素。大西洋经向翻转流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,简称AMOC)减弱,热带太平洋区域"热带辐合带"(Intertropical Convergence Zone,简称ITCZ)南移,可能是东亚夏季风降水减弱的另一重要原因。古湖相沉积能够用来重建长尺度夏季风降水变化,未来应加强东亚季风区不同区域古湖泊沉积研究,进而弥补长尺度夏季风演化研究存在的不足,这将有助于更好理解轨道尺度夏季风演化的动力机制。

     

东北平原东部天恒山钻孔色度变化特征与古气候意义及对松嫩古湖演化的指示

东北平原东部荒山(HS)剖面是我国东北地区的第四纪典型剖面,针对该剖面的色度研究未见报道.在该剖面北约50 m处进行钻探,通过该钻孔——天恒山(THS)钻孔对该区哈尔滨组黄土-古土壤地层开展了高分辨率的色度研究,与烧失量进行了相关性分析,并与磁化率、粒度曲线对比.结果显示,亮度(L*)主要受控于有机质含量.黄度(b*)在整个黄土-古土壤地层中变化特征明显,与磁化率曲线旋回的相似性较好,可能与土壤中铁氧化物的种类和含量关系密切,同时还受控于有机质含量.由于红度(a*)和b*具有一定的相关性,认为它们具有较为一致的致色物质,可能受控于相近的气候因子.a*可能并不能很好地作为该区气候代用指标.L*、b*、a*/b*可以作为较高纬度东北平原东部黄土地层良好的气候代用指标,并结合磁化率、粒度指标共同反映了该地区中—晚更新世以来的古气候变化过程,能较好重建该地区古气候环境的演化历史.经分析,以天恒山(THS)钻孔28.3 m为界,a*和b*发生明显变化,反映了沉积环境的显著改变,可能指示松嫩古湖于476 ka消亡.