云南昭通盆地湖沼相地质脂类记录的晚新近纪环境变化与生态响应

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作为新生代全球气候变化的过渡时期,晚中新世-上新世(晚新近纪)发生了一系列与气候有关的地质事件,是研究气候变化、构造运动以及生物演化的关键时期。在全球气候变化研究中,亚洲季风系统是重要的组成部分。而南亚季风作为亚洲季风系统的一部分,与东亚季风气候相比,晚新近纪南亚季风气候的演化研究目前来说仍存在一定的争议,且陆相环境中该时段的古气候记录相对薄弱。位于青藏高原东南缘的云南省,气候主要受控于南亚季风的影响,发育众多新近纪山间盆地,前人主要根据古植被记录对该区域古环境的演化进行研究。但由于缺乏准确的年代地层框架以及指标的局限性等原因,先前的研究较少涉及到晚中新世-上新世古气候演化过程。同时,青藏高原东南缘作为最晚中新世古猿的“避难所”,为探讨古猿的演化与环境之间的关系提供了很好的切入点。因此,本论文的研究目标包括:探讨晚新近纪以来中国西南地区较长时间尺度的古气候变化,为与南亚季风有关的气候变化提供陆相记录;通过分析来自植物和微生物的地质脂类指标,重建该地区的生态系统对古气候变化的响应;针对昭通盆地水塘坝露头剖面发现的最晚中新世禄丰古猿化石,结合该地区的古气候变化,提供基于脂类化合物的证据来揭示禄丰古猿的生活环境。本文选取位于青藏高原东南缘的昭通盆地中两个晚新近纪湖沼相沉积序列,分别是沉积年代为~8.80-2.62 Ma的ZK1钻孔岩心和晚中新世的水塘坝露头剖面,对两处湖沼相沉积序列进行了以正构烷烃分布特征及其单体碳同位素组成、五环三萜类和四醚膜脂GDGTs等为主的脂类化合物的多指标研究,并结合沉积环境特征和其他有机地球化学指标,对这些脂类化合物的古气候、古环境和古生态信息进行了详细的分析和讨论。本论文主要认识如下:1.在昭通盆地湖沼相沉积物中发现了一系列与植物、微生物有关的脂类化合物。在植物叶蜡脂类中,发现了种类丰富且有较高丰度的脱A环-三萜类化合物。由于脱A环-三萜类化合物来源于陆生高等植物,而中等碳链的正构烷烃以水生植物来源为主,基于此本文建立了des-A/C23+25指标,该指标可用来反映昭通盆地不同沉积环境中不同植被类型对有机质的贡献比例的大小。在微生物来源的脂类中,昭通盆地沼泽相沉积物中出现以生物构型为主的藿类化合物的分布特征,而在第四纪泥炭沉积中,藿烷化合物以C31αβ占主导,两种不同的分布模式表明了褐煤中的藿类化合物在进一步的沉积转化过程中可能受到了气候条件的影响,从而导致出现了与泥炭沉积不一致的分布特征。2.利用脂类化合物重建了昭通盆地ZK1钻孔岩心沉积物所记录的长时间尺度的古气候(干湿)变化。8.8-6 Ma期间,沼泽相沉积于气候偏干时期,特别是在7-6 Ma左右出现最干;6-3 Ma期间,气候由干变湿并处于相对较稳定的状态;3-2.6 Ma期间,气候出现进一步的变湿。MBT’5ME指标重建了该区长时间尺度的古温度变化趋势,温度波动较频繁且在4-3 Ma有较明显的降温。需要说明的是,与微生物脂类有关的指标IR6ME与C31ββ/(αβ+ββ)指标的联合使用表明了在6.5 Ma左右出现的气候变干的事件,与植物叶蜡脂类反映的气候变干存在一定的时间差异,说明了脂类化合物刻画了昭通盆地更细节的古气候变化过程。3.利用脂类化合物重建了昭通盆地水塘坝露头剖面不同生态成分对古气候变化的响应。利用正构烷烃以及脱A环-三萜类化合物,揭示了生态系统中不同植被类型(水生植物和陆生植物)对气候的响应存在差异。在晚中新世相对暖湿气候条件下,陆生植物一直是昭通盆地沉积物有机质的主要贡献者。除了原地生长的成炭植物外,在气候变得更加湿润的状态下,输入沉积物的陆生植物中会更多地来自盆地周围高山上的植物,且盆地内生长的植物(以桦木科为例)会受到气候变湿的影响同时,水生植物会出现较繁盛的现象,大量的脱A环-乔木-9(11)-烯在湖泊沉积物中的出现验证了这一观点。来自微生物的四醚膜脂GDGTs(iso GDGT-0、crenarchaeol和archaeol)和藿类(3-甲基藿类)及其单体碳同位素等指标在水塘坝露头剖面沉积物中指示了微生物活动对气候的响应,这些化合物揭示出微生物参与的与甲烷有关的生物地球化学过程。结合剖面的气候变化,参与该甲烷循环过程的微生物活动可能主要受到湖沼环境中水文条件变化的影响,同时温度也可能是影响甲烷氧化菌的因素之一。4.利用脂类化合物对昭通盆地禄丰古猿的生活环境和气候条件进行了重建。根据水塘坝露头剖面的古温度重建结果发现,古猿生活时期温度处于适度温暖的时期,同时结合岩性及有机地球化学指标变化指出在产古猿的层位气候相对湿润,与粘土矿物组合和植物果实残体重建的适度暖湿的气候保持一致。通过对比云南其它地区古猿生活环境重建的研究结果,均显示出古猿生活在潮湿且植被茂密的森林环境,同时在森林边缘存在湖泊或者沼泽,但是水体处于较稳定的状态。值得注意的是,在禄丰古猿生活期间,孢粉记录显示禾本科增多,而正构烷烃分布及其单体碳同位素组成变化并没有出现相应的改变。针对脂类和孢粉出现的不一致的研究结果,可能与二者具有不一样的来源有关,正构烷烃主要记录的是原地生长的成炭植物的变化而孢粉反映了区域的植被变化。另一种可能是,大型哺乳类动物(如古猿)可能对周围的草本植物造成了一定的扰动。因此,孢粉可能记录的并非自然发生的变化,而是一种非自然的现象。
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