大连市花红沟黄土剖面地球化学元素、磁化率特征及其环境意义

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晚更新世末次间冰期全球气候曾发生多次冷暖旋回,在深海氧同位素MIS5e阶段末次间冰期达到鼎盛期,对沉积物的沉积环境及沉积特征产生影响。地球化学元素含量的波动变化和各项地球化学指标对沉积物的气候演化规律有很好的指示作用。磁化率特征可以反映古气候的干湿冷暖程度,是研究古气候中气温和降水量的重要指标。本文以大连市甘井子区西郊国家森林公园花红沟村黄土剖面为研究对象,通过对黄土地球化学特征、磁化率特征和绝对地质年代数据进行定性描述和定量分析,并将花红沟黄土与我国典型风成黄土洛川黄土和辽东半岛地区的黄土地球化学元素特征进行对比,推断剖面发育形成时期的气候背景和沉积环境演化规律,探讨沉积物的沉积特征等信息。(1)地球化学元素特征显示:花红沟黄土化学元素主要由SiO2和Al2O3组成,Fe2O3次之,三者平均含量之和高达84.92%。常量、微量元素含量的波动变化均呈现明显的阶段性特征,SiO2和Al2O3含量随深度变化表现出相反趋势,Al2O3与Fe2O3含量随深度变化则表现出相对一致的波动趋势,符合成土过程的一般规律。地球化学指标化学蚀变指数(CIA)、风化淋溶系数(Ba)、退减系数(TJXS)、残积系数(CJXS)、硅铝铁率(S/AF)、钾钠比(K/N)、钙镁比(C/M)、铷锶比(R/S)的变化趋势均呈现良好的相关性,风化程度经历了风化减弱—风化增强—风化减弱—风化增强—风化减弱的变化趋势,与之相对应的风化淋溶过程,钙镁迁移程度,铝铁富集程度、风化成壤作用以及土壤粘化程度也表现出相同的阶段性变化。A-CN-K图解分析得出,剖面整体风化程度不是很高,刚进入中等风化阶段,黄土沉积过程中气候环境较为寒冷干燥。(2)通过对比分析我国典型风成黄土洛川黄土和辽东半岛的花红沟黄土、马栏河阶地黄土、长兴岛黄土、周家沟黄土、七顶山黄土等剖面的常量元素UCC曲线以及常量稳定元素SiO2/Al2O3、SiO2/TiO2、TiO2/Al2O3的比值发现:花红沟黄土物质组成中细颗粒物含量较多、石英含量较低,与马栏河阶地黄土物源相似,黄土物质来源以近源为主,远源为辅。通过对比分析辽南地区黄土剖面化学蚀变指数,发现花红沟黄土沉积时期的气候环境整体和七顶山黄土相似。(3)磁化率特征显示:花红沟黄土磁化率数值整体偏低且质量磁化率变异系数较小,低频质量磁化率、高频质量磁化率曲线变化趋势基本一致,频率磁化率曲线变化波动较频繁,三者曲线均在深度300cm~245cm出现明显波动减小变化,说明剖面形成发育于整体较为干冷的稳定环境,并且在沉积早期,气候环境发生突变,沉积环境由暖湿快速趋向干冷。运用线性回归方程估算出花红沟剖面沉积发育时期的年平均气温在3.64℃~5.69℃之间,年平均降水量在295.14mm~400.91mm之间,气温和降水量远远低于现代,剖面沉积时期古气候环境较现代寒冷、干旱、冬季风强劲。(4)光释光(OSL)测年结果显示:花红沟黄土剖面黄土年龄集中在124 ka B.P.,即晚更新世末次间冰期中相对寒冷的时期,对应深海氧同位素阶段为末次间冰期鼎盛期MIS5e之后的冰阶期MIS5d。与辽南地区锦城路剖面早期阶段沉积速率对比,发现花红沟黄土沉积速率极快,推测在末次间冰期鼎盛期MIS5e到冰阶期MIS5d的过渡时期,可能出现一个快速降温时期,指示花红沟剖面黄土迅速沉积这一环境事件的出现。
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