南海南部晚第四纪东亚季风演化的粘土矿物记录

南海南部湄公河口MD01-2393孔晚第四纪190 ka以来粘土矿物和氧同位素的高分辨率分析表明, 主要粘土矿物含量表现出明显的冰期-间冰期旋回变化, 伊利石、绿泥石和高岭石含量在冰期时增高, 而蒙脱石含量在间冰期时增高. 物源分析表明, 这些粘土矿物主要来源于湄公河流域的直接输入, 其中, 伊利石和绿泥石主要来自湄公河上游变质沉积岩的机械侵蚀作用, 高岭石主要来自中游地区沉积物的再侵蚀作用, 而蒙脱石主要由中下游的偏硅酸盐土壤提供. 蒙脱石/(伊利石+绿泥石)和蒙脱石/高岭石比值可以作为东亚季风演化的矿物学标志, 相对高的比值发生在间冰期, 指示强盛的夏季风降雨和减弱的冬季风环流; 相对低的比值对应于冰期, 指示强盛的冬季风和减弱的夏季风. 东亚季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系, 表明东亚季风演化的天文驱动机制.     

新疆孔雀河北岸72-51 ka BP湖相沉积物中粘土矿物特征

对新疆孔雀河北岸LX02剖面湖相沉积物开展光释光和粘土矿物样品X射线衍射分析,根据样品中的粘土矿物成分及质量分数对本区古气候演化进行了探讨.结果显示,该剖面湖相沉积自72 ka BP延续到51 ka BP.这期间,研究区粘土矿物以伊利石占绝对优势(56%~64%,平均为61%),其它粘土矿物有绿泥石(18%~26%,平均为22%)、高岭石(7%~12%,平均为8%)和伊/蒙混层(5%~15%,平均为9%),这与塔里木盆地粘土矿物组成颇为一致.具体来说,72.4—66.8 ka BP,伊利石和绿泥石含量之和较高,同时绿泥石含量较高,对于高岭石而言,除了一个样品外,其它样品的平均值较低,伊/蒙混层含量较低,指示该时段为冷干气候环境;66.8—56.1 ka BP,伊利石和绿泥石含量之和最低,同时绿泥石含量亦最低,高岭石、伊/蒙混层含量较高,指示该时段为暖湿气候环境;56.1—51.0 ka BP,伊利石和绿泥石含量之和增大,同时绿泥石含量亦增大,高岭石、伊/蒙混层含量较低,指示该时段为较冷干气候环境.这与孢粉植物群、地球化学元素含量及其主成分F1和粒度、色度及碳酸盐主成分F1'所反映的古气候特征及其变化一致,亦与柴达木盆地东部介形类丰度特征研究、柴达木盆地东部古湖泊高湖面光释光年代学研究、北京平原区有机碳同位素研究等结果吻合较好.研究表明塔里木盆地东部晚更新世气候仍以暖湿-冷干气候变化模式为主.     

南海北坡ODP1146站第四纪粘土矿物记录:洋流搬运与东亚季风演化

南海北部ODP1146站第四纪粘土矿物学分析表明, 伊利石、绿泥石和高岭石含量在冰期时增高, 而蒙脱石含量在间冰期时增高. 蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比率和蒙脱石丰度变化可以作为东亚季风演化的矿物学标志. 在万年时间尺度上, 间冰期盛行的西南表层洋流将更多的蒙脱石由南部和东部向北搬运, 表现为加强的夏季风; 冰期盛行的逆时针表层洋流将大量伊利石和绿泥石由台湾以及流经吕宋海峡的长江物源搬运至南海北坡, 表现为强盛的冬季风. 就10万年时间尺度而言, 蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比率与沉积速率的对应关系, 指示2000~1200和400~0 ka期间南海北部盛行冬季风, 而1200~400 ka期间表现为加强的夏季风. 夏季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系, 表明东亚季风演化的天文驱动机制.     

Clay mineral assemblages at IODP Site U1340 in the Bering Sea and their paleoclimatic significance

Clay mineral assemblages and crystallinities in sediments from IODP Site 1340 in the Bering Sea were analyzed in order to trace sediment sources and reconstruct the paleoclimatic history of the Bering Sea since Pliocene(the last ~4.3 Ma). The results show that clay minerals at Site U1340 are dominated by illite, with a moderate amount of smectite and chlorite, and minor kaolinite. Sediment source studies suggest that the clay mineral assemblages and their sources in the studied core are controlled primarily by the climate conditions. During the warm periods, clay minerals originated mainly from the adjacent Aleutian Islands, and smectite/(illite+chlorite) ratios increased. During the cold periods, clay minerals from the Alaskan region distinctly increased, and smectite/(illite+chlorite) ratios declined. Based on smectite/(illite+chlorite) ratios and clay mineral crystallinities, the evolutionary history of the paleoclimate was revealed in the Bering Sea. In general, the Bering Sea was characterized by warm and wet climate condition from 4.3 to 3.94 Ma, and then cold and dry condition associated with the enhanced volcanism from 3.94 to 3.6 Ma. Thereafter, the climate gradually became cold and wet, and then was dominated by a cold and dry condition since 2.74 Ma, probably induced by the intensification of the Northern Hemisphere Glaciation. The interval from 1.95 to 1.07 Ma was a transitional period of the climate gradually becoming cold and wet. After the middle Pleistocene transition(1.07 to 0.8 Ma), the Bering Sea was governed mainly by cold and wet climate with several intervals of warm climate at ~0.42 Ma(MIS 11), ~0.33 Ma(MIS 9) and ~0.12 Ma(MIS 5), respectively. During the last 9.21 ka(the Holocene), the Bering Sea was characterized primarily by relatively warm and wet climatic conditions.     

南海西部越南岸外晚第四纪黏土矿物记录: 物源分析与东亚季风演化

南海西部越南岸外MD05-2901孔晚第四纪450 ka以来黏土矿物和氧同位素的高分辨率分析表明, 伊利石、绿泥石和高岭石含量表现出明显的冰期-间冰期旋回变化, 而蒙脱石含量呈现频率更高的周期性变化. 物源分析表明, MD05-2901孔黏土矿物中的蒙脱石主要由巽他陆架及其主要源区印度尼西亚岛弧提供, 伊利石和绿泥石主要由湄公河和红河提供, 而高岭石则主要由珠江提供. 高岭石/(伊利石+绿泥石)比值的变化显示强烈的100 ka偏心率周期, 指示了冰盖驱动的冬季风演化; 而蒙脱石含量的高频变化除了具有冰盖驱动的41 ka斜率周期以外, 还具有23和19 ka岁差周期、以及13 ka半岁差周期, 指示了热带驱动的夏季风演化. 东亚冬季风的演化基本上与冰期-间冰期旋回一致, 冰期时强盛, 间冰期时明显减弱; 而夏季风的演化则与北半球低纬夏季日射量吻合较好, 日射量高时强盛, 低时减弱. 研究认为, 高纬冰盖和低纬热带分别驱动了晚第四纪东亚冬季风和夏季风的演化, 反映了东亚季风演化的双重和独立的驱动机制.     

青海湖二郎剑钻孔的粘土矿物学研究

位于青藏高原东北边缘的青海湖盆地拥有巨厚的新生代沉积,较好地记录了湖盆形成以来的古气候和古环境演化历史,对认识青藏高原东北部隆升过程和东亚气候变化具有重要的科学意义.但迄今为止,对青海湖沉积物长时间尺度的研究尚不多见,对沉积矿物学的研究较少涉及.利用X射线衍射分析技术,基于麦夸特算法对青海湖1108.95 m长的二郎剑钻孔岩芯开展了系统的粘土矿物学研究,获得了该钻孔沉积物中粘土矿物的组成、相对含量、化学指数和结晶学特征等方面的信息.结合钻孔的粒度指标,探讨了晚中新世以来高原构造隆升事件和青海湖地区的风化历史与古气候演化过程.研究表明,麦夸特算法在粘土矿物含量计算中能取得较好的效果,二郎剑钻孔中的粘土矿物以伊利石和绿泥石为主,高岭石和蒙脱石的含量较低;粘土矿物主要为碎屑成因,指示了化学风化作用较弱而物理风化作用强.各项粘土矿物学指标和粒度组分的变化特征揭示了自钻孔底部沉积以来青海湖地区处在总体相对寒冷干旱的气候环境下,并经历了5次大的环境演化阶段.其中在晚中新世早期气候相对温和湿润,之后具趋冷趋干的特点;在晚中新世晚期到上新世早期经历了一个短暂的温暖期之后,一直到第四纪气候持续变得寒冷干旱.各项指标可能也蕴含了自晚中新世以来青藏高原东北部发生过多次构造隆升事件的信息.     

40 ka以来青藏高原的4次湖涨期及其形成机制初探

40 ka来青藏高原现在封闭湖区至少经历了4次显著的湖泊扩涨期. 40~28和9.0~ 5.0 kaBP湖涨期是高原暖湿气候时段的产物, 分布范围最广, 湖涨最为显著; 其产生于岁差周期高太阳辐射阶段, 强劲的夏季风形成的丰沛降水是造成湖涨的主要原因. 40~28 kaBP湖涨期, 高原湖域浩瀚, 河湖串联, 湖泊呈现40 ka以来的最高最大湖面. 19~15和13~11 kaBP期间, 高原湖泊扩涨存在区域性, 前者同高原冷湿气候与季节性冰融水增加有关, 后者则与末次冰消期冰融水与夏季风降水增加有关. 造成湖涨期表现形式与环境机制复杂多样的原因, 是北方冷气候事件, 特别是Heinrich事件叠加在由岁差周期太阳辐射变化驱动的夏季风强弱变化背景之上, 高原阶段性冷湿与暖湿环境及其由此形成的高原冰融水阶段性增加的结果.     

黄土高原中部450ka以来植被演化的有机碳同位素与分子化石记录

黄土高原地质历史时期不同时间尺度上的植被演化规律与气候环境影响因素,以及植被替代性指标的解译等问题还值得进一步研究.本工作拟通过对灵台黄土剖面450ka以来黄土-古土壤样品总有机碳同位素(δ~(13)CTOC)和正构烷烃含量组合参数如C31/C27进行综合对比研究,从而为明晰这些问题提供一些新的讨论和证据.结果表明,450ka以来黄土高原中部C_3、C_4植物混生,以C_3植物为主;按生活型则草本、木本混生,以草本植物为主.在黄土高原气候较温暖湿润的MIS9(S3时期),MIS5(S1时期)阶段,可能出现过C_3木本植物的短暂增多,但总体上不存在大面积的森林.在阶段性变化上,黄土高原130ka以来草本植物总体增多,可能与区域性气候干旱化有关.在轨道尺度上,全新世较末次冰期,MIS11(S4时期)较MIS12(L5时期)C_3草本植物减少;在其他几个冰期旋回,间冰期较相应冰期C_3草本植物增多.植被替代性指标与建群种蒿属孢粉量的变化吻合较好,其变化可能与冰期旋回上水热配置有关.MIS1(S0时期)与MIS11(S4时期)气候相似,但全新世时期松属乔木的大量增多,暗示了人类活动和生态因子火活动的影响.     

内蒙古东乌珠穆沁旗乌拉盖高毕湖泊沉积记录的5万年来环境演变

中国北方季风边缘区的湖泊对环境的反应很敏感,乌拉盖高毕是位于内蒙古高原东北部的一个已干涸的内陆封闭湖泊.研究剖面总厚度为405 cm,根据取得的9个AMS¹⁴C及光释光测年数据,建立了51.9 ka BP以来的年代序列.结合岩性的变化、粒度组分分析、粒度参数(标准偏差、偏度、峰度等)及Rb/Sr比值特征进行了详细的分析,恢复了乌拉盖高毕湖泊沉积记录的5万年来的环境演化过程.将0~405 cm的剖面划分为4个较大的气候阶段:51.9-44.1 ka BP(405~343 cm),气候为干冷期,各环境指标显示为滨湖沉积,湖泊水位较低;44.1-28.5 ka BP(343~130 cm),气候为温湿期,湖泊逐渐扩张,湖泊水位升高;28.5-11.38 ka BP(130~35 cm),气候转冷,湖面萎缩,并在盛冰期出现砂楔,该阶段后期湖泊干涸;11.38 ka BP至今(35~0 cm),气温回升.     

湖泊沉积物粒度分析前处理过程中絮凝现象的消除方法研究

采用激光粒度仪对湖泊沉积物进行粒度分析时需要进行必要的前处理.在有效去除有机质与碳酸盐颗粒的同时,需要消除细粒泥沙质样品中絮凝现象对粒度分析结果造成的误差或错误.本文以武汉三角湖表层沉积物样品为例,采用X射线粉晶衍射(XRD)对其矿物组成和粘土矿物种属进行鉴定,并采用全自动激光粒度仪对样品进行粒度分析.X射线粉晶衍射结果表明样品中非粘土矿物主要为石英与长石,粘土矿物以伊利石、高岭石、绿泥石为主;粒度分析结果显示样品中小于30μm组分占94.5%.这些特征表明该样品易于在前处理过程中形成絮凝.本次研究采用单因素寻优法探讨了超声震荡、分散剂、洗酸对于以伊利石、高岭石、绿泥石为主、平均粒径较小的样品消除絮凝现象的最佳条件.研究结果表明,针对此类样品消除絮凝现象的最佳条件为:超声震荡时间应选择6~8 min,分散剂浓度为20 g/L左右,同时在粒度分析之前需要对样品进行洗酸.     

南海北部ODP1144站更新世(1.05~0.36 Ma)孢粉记录

根据对南海ODP1144站下段孢粉分析, 将其自下而上分为两个孢粉组合带和11个组合亚带. 根据松粉、蕨类孢子及草本植物花粉含量的相互消长关系, 将PB带进一步划分为11个孢粉组合亚带(PB21~11), 分别与深海氧同位素分期相一致(对应MISs 21~11期). 间冰期孢粉组合以松粉和蕨类孢子含量增加、草本植物花粉含量降低为特征; 冰期则相反. 间冰期孢粉组合面貌反映其气候与现代相似. 各冰期出露的大陆架上生长了以禾本科、莎草科及蒿属为主的草本植物. 组合亚带PB12(对应MIS12期)中Artemisia花粉含量的增加及高的松粉沉积率值表明此次冰期气候相对干冷, 冬季风较强.     

西藏扎布耶盐湖晚更新世沉积学及古气候意义

从粘土矿物、碳酸盐矿物、孢粉、介形虫等方面,讨论了西藏扎布耶盐湖晚更新世的气候条件.603±2.7kaB.P.、142.2±7.4kaB.P.时期,扎布耶为间或有一定盐度的淡水湖,前期湖水含盐量比后期高.气候寒冷,风化作用不强,物理风化作用为主.高岭石(60.3±2.7kaB.P.)和厌热性介形虫Radix.Bowelli(142.2±7.4kaB.P.)的出现说明,142.2±7.4kaB.P.时期气候偏干冷,气温比现在低;60.3±2.7kaB.P.气候偏湿冷.比较方解石中Mg含量可知,60.3±2.7kaB.P.比142.2±7.4kaB.P.的湖水盐度高.     

东太平洋沉积物中粘土组分的REEs和εNd: 粘土来源的证据

对东太平洋中国多金属结核调查区表层非钙质沉积物中的粘土组分进行了粘土矿物、稀土元素(REEs)及钕(Nd)同位素测定. 结果表明, M/I(蒙脱石/伊利石比值)、ΣREE(稀土总量)、LREE/HREE (轻重稀土比值)及δ Ce(铈异常值)能够有效指示粘土矿物的成因. 当粘土组分的M/I>1, δ Ce<0.85, ΣREE> 400 μg/g, LREE/HREE≈4, REEs配分模式与深海沉积物相似时, 表明粘土组分中含有较多的自生蒙脱石, 为陆源-自生混成粘土组分; 当粘土组分M/I<1, δCe = 0.86~1.5, ΣREE = 200~350 mg/g, LREE/HREE≈6, REEs配分模式与中国大陆黄土相似时, 为陆源粘土组分. 粘土组分的ε_Nd值(或¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值)能够示踪陆源粘土矿物的源区. 根据ε_Nd值将粘土组分分为4种类型:Ⅰ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;8~&#8722;6, 陆源粘土矿物主要来自北美河流物质;Ⅱ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;9~&#8722;7, 陆源粘土矿物主要来自东亚大陆和北美河流沉积; Ⅲ型粘土组分, ε_Nd=&#8722;6~&#8722;3, 陆源粘土矿物来自中东太平洋火山岛屿和东亚大陆; Ⅳ型陆源粘土, ε_Nd=&#8722;13~&#8722;12, 陆源粘土矿物来自东亚大陆来源的风成物质. 陆源-自生混成粘土组分呈斑点状分布, 反映了东太平洋板块内存在火山或热点活动. 陆源粘土组分大面积分布, 表明东太平洋海底粘土矿物主要来自陆源.     

西宁盆地始新世河湖相沉积序列黏土矿物组合特征及其古环境意义

始新世是全球气候从"温室"转化为"冰室"的一个重要时期,亚洲内陆在该时期发生了青藏高原隆升、副特提斯海海退等重大地质事件.位于青藏高原东北缘的西宁盆地具有连续完整的始新世河湖相沉积地层,以红色泥岩夹石膏层为主,记录了该时期的气候变化.本研究采用X射线衍射仪(XRD)对西宁盆地西箕沟剖面始新世河湖相沉积样品进行全岩及黏土矿物定性、半定量分析,以获取青藏高原东北缘及亚洲内陆地区始新世时期的古气候变化特征.为了有效解决目前通用的黏土矿物提取方法难以从石膏层中提取足量黏土的问题,引入一种新的黏土矿物提取方法.结果表明,西宁盆地始新世样品中主要矿物为石英、长石、方解石、白云石以及石膏;黏土矿物为伊利石、绿泥石及蒙脱石(含伊蒙混层矿物(I/S)).黏土矿物相对含量变化表明,始新世时期西宁盆地古气候在较为干旱的背景下经历了三次相对湿润的时段:52～50、41.5～39、35～34Ma.通过与同时期的深海氧同位素记录、副特提斯海海侵-海退事件以及青藏高原隆升等进行对比分析发现,西宁盆地始新世古气候主要受控于全球气候变化.     

东菲律宾海晚中新世末期以来古海洋环境演化的新型铁锰结壳记录

通过对东菲律宾海新型深水铁锰结壳典型样品显微结构构造、地球化学、铀系和铍同位素年代学的系统研究, 恢复了该海区晚中新世末期以来的古海洋环境演化. 该区结壳的垂直剖面结构构造和化学组成的变化相一致, 指示了结壳的3个主要生长阶段及其对应的古海洋环境演化.晚中新世末期(5.6 Ma)底部壳层开始生长, 壳层结构疏松且具有较高的碎屑含量和生长速率; 成矿元素含量、生长速率和铈正异常程度在4.6 Ma处的降低表明了此时气候的转暖, 开始不利于壳层生长, 并最终在中上新世末期(2.8~2.7 Ma)形成壳层生长间断. 晚上新世时(2.7 Ma)南极底流活动性的再次增强, 有利于向高纯顶部致密壳层的快速转型. 此后, 随着火山物源的进一步远离和陆源风尘物质的继续增加(1.0 Ma), 尽管周边环境依然有利, 壳层成矿元素含量却表现出明显的降低趋势. 该结壳为研究区晚中新世末期以来不甚明了的古海洋学研究提供了新的载体和资料.     

菲律宾海西北部岩芯记录的125 ka以来的地磁场强度及其影响因素

沉积物记录的地磁场强度首先提供了模拟地磁场演化的数据约束,其次提供了沉积物的年龄信息. 本文报道了菲律宾海西北部岩芯记录的地磁场相对强度,并结合岩石磁学和沉积学性质探讨了影响强度的各个因素. 除底部红粘土层的局部磁偏角偏转可能揭示了沉积后改造以外,磁化率各向异性和地磁场方向特征表明沉积物为原状沉积. 岩石磁学性质表明沉积物符合磁性均一性,可以记录可靠的地磁场强度. 由于红粘土层及其下部的磁偏角异常,本文讨论其上部约125 ka的结果. 常规归一方法获得的两个地磁场强度参数NRM/ARM(特征剩磁和非磁滞剩磁比值)和NRM/κ(特征剩磁和磁化率比值)与其它记录对比得到时间-深度对比点,对比点之间的年龄为线性内推或者外推. 地磁场强度时间模型上的岩芯氧同位素与全球氧同位素综合曲线一致证明强度结果的有效性和对比的正确性. 磁化率为归一参数的强度大多低于以非磁滞剩磁为归一参数的强度,频谱和相关分析证明NRM/ARM不与ARM和磁性矿物粒度(ARM/κ)相关,也没有轨道周期性,而NRM/κ却与κ和ARM/κ相关,而且有13~12 ka的周期. 由此我们认为NRM/ARM记录的地磁场强度比NRM/κ更好地消除了气候印记. 进一步探讨了超顺磁含量、碳酸钙含量、磁性矿物组成以及磁性矿物粒度变化与地磁场强度差值的关系,发现末次间冰期较高的超顺磁含量和磁性矿物粒度的较大范围变化造成了地磁场强度差值,后者至少造成了90%差异. 中等含量的碳酸钙和较小的磁性矿物组成变化不是磁场强度差值产生的原因. 如何校正磁性矿物粒度变化的影响将是下一步工作的重点.