基于锆石U-Pb年龄的洛川和灵台黄土—古土壤物源示踪

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中国黄土高原风尘物质来源,不仅蕴含着新生代以来全球变冷、青藏高原隆升以及亚洲内陆干旱化信息,而且与过去大气环流变化具有密切联系。第四纪以来,黄土-古土壤作为堆积在黄土高原之上最重要的沉积序列,具有完整性最好、厚度最大、连续性最好的特点,与极地冰芯和深海沉积物共同称为研究全球气候变化系统的三大支柱。由于黄土中普遍存在封闭温度高、化学性质稳定、抗干扰能力强的副矿物-锆石,并且得益于矿物微区原位分析技术的快速发展,基于LA-ICP-MS法的锆石U-Pb年龄测定可以被成功应用于黄土物源示踪。本研究利用锆石U-Pb定年分别对洛川和灵台黄土剖面中的10个层位(S0、L1、L2、S2、L15、L18、L22、L24、L29、L33)进行物源示踪,通过降维处理技术MDS将多维空间中的数据集降维简化投影在低维空间内,并以线连接点的方式呈现出研究区与潜在源区之间锆石U-Pb年龄分布形态相似性,以期探讨第四纪以来中国黄土高原物源转变及其原因,结果发现:(1)洛川、灵台各剖面上沉积层(S0、L1、L2、S2、L15)锆石U-Pb年龄分布具有极高的一致性,推断为各沉积层具有相似的物质源区;各剖面下沉积层(L18、L22、L24、L29、L33)锆石U-Pb年龄分布也是具有较高的一致性,推断为各沉积层具有相似的物质源区。但是各剖面上沉积层(S0、L1、L2、S2、L15)与下沉积层(L18、L22、L24、L29、L33)存在明显的锆石U-Pb年龄分布特征的差异,表明上、下沉积层物质来源存在差异;(2)洛川、灵台剖面上沉积层中上沉积层物主要来自黄土高原西北部的青藏高原北部至东北部碎屑物质;剖面下沉积层中沉积物主要来自黄土高原北部由华北克拉通和中亚造山带以及就地沉积物质混合而成的毛乌素沙漠东部;(3)此次物源差异主要发生在L18到L15沉积时期,大致时间为1.1~1.32 Ma。而这一时间段内刚好发生了一次地球轨道周期转变事件—开始于1.2 Ma左右的中更新世转型事件(MPT)。自此以来,北半球冰量显著增加并伴随着全球降温,青藏高原隆升高度与宽度也出现阶段性的增加,引发东亚冬季风强度显著增加。结合物源变化来看,很可能MPT事件以来东亚冬季风方向发生了由偏北向偏西北的转变。作为黄土物质形成过程的主要动力,东亚季风强度与方向的改变,是导致此次物源差异的主要原因。在中MPT发生之前,黄土高原物质主要来自其北部由华北克拉通与中亚造山带周围沉积中心以及就地沉积物质再循环形成的毛乌素沙漠东部物质。而在MPT发生以来,来自青藏高原北部至东北部的碎屑物质对黄土高原风尘物质的贡献逐渐占主导地位。
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