20万年来澳洲西北岸外沉积物Mg同位素记录的源区风化及古气候意义

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近年来,随着地球化学分析技术的快速发展,越来越多的非传统稳定同位素指标在地学的众多研究领域中展现出广阔的应用前景。其中镁同位素指标在地球表生地质过程研究中应用广泛,尤其在示踪大陆硅酸盐风化方面具有巨大潜力。本文通过对国际大洋发现计划(International Ocean Discovery Program;IODP)第363航次于澳大利亚西北岸外陆架上U1483站钻取的岩芯进行沉积物粒度、镁同位素以及主量元素成分等分析,重建200 ka以来帝汶海西南部沉积物输入演化及其指示的源区风化和侵蚀历史,探索海洋沉积物中细粒硅质碎屑组分镁同位素示踪大陆风化的潜力。U1483站陆源碎屑组分主要由黏土质粉砂组成,其δ26Mg变化范围超过0.25‰。本文计算了化学蚀变指数(Chemical index of alteration;CIA)和两种物理侵蚀指标,包括陆源物质堆积速率和Ti/Ca比值。结果显示,200 ka以来δ26Mg指标与CIA具有非常一致的曲线形态。本文推测陆源碎屑组分的Mg同位素组成主要反映物源区大陆硅酸盐风化强度的变化,而受源区岩性、粒级分选和早期成岩作用的影响较小。U1483站的风化和侵蚀记录与该站已发表的澳洲夏季风降水和表层海水温度变化具有较好的耦合关系,而与赤道太平洋海平面变化的相关程度较低,反映了轨道时间尺度上U1483站钻孔沉积物记录的物源区风化和侵蚀演化主要受控于澳洲古季风系统,表现为气候驱动型风化模式。通过与轨道参数、南北半球低纬季风以及高纬温度等记录进行对比,本文发现在最后两个冰期终止期(T-I、T-II)时,热带辐合带(Intertropical Convergence Zone;ITCZ)趋向于“膨胀”状态,两半球间的季风降雨、温度以及受气候驱动的大陆风化呈现出同步强化的趋势,表明轨道尺度上低纬地区季风系统与ITCZ的位置密切相关,并且可能通过遥相关过程受到高纬气候变化的影响;此外,海洋同位素期(Marine Isotope Stage;MIS)的5/4期过渡阶段研究区季风强度、风化以及侵蚀等记录的低值,可能与托巴火山爆发造成的近千年全球变冷事件有关。因此本文认为,除轨道参数外,高纬气候变化以及千年尺度全球性突变事件也可能会对澳洲季风系统产生不可忽视的影响,进而改变气候相关型大陆风化的演化进程。本研究δ26Mg指标的应用为理解区域大陆风化及其对气候演化的响应和反馈机制提供了全新的同位素视角。
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