青藏高原黃土底部的年齡及其環(huán)境意義

青藏高原黃土底部的年齡及其環(huán)境意義

根據最近的研究，世界氣候變化與中更新世青藏高原的快速崛起密切相關。例如，更新世中期革命、中更新世氣候轉型和青藏高原最大的冰期問題。這些重大氣候變化是全球變化研究中最重要的發(fā)現之一，尚未得到充分證明。根據中國洛杉磯高原黃土的研究，黃土是空氣循環(huán)的直接產物。從紅色土壤到黃土的轉變意味著當時的空氣循環(huán)是重大調整的。在青藏高原東部，連續(xù)厚層黃高原的土壤廣泛分布。以往的研究表明，青藏高原的黃土主要是黃色和綠色的。土壤的物質主要來自青藏高原本身。因此，青藏高原黃土的出現表明了空氣循環(huán)形式的重大調整。黃氏一詞的年齡大致是循環(huán)年齡。最近,我們對青藏高原東部(川西高原)黃土進行了詳細系統(tǒng)的考察,發(fā)現甘孜盆地的黃土是這一地區(qū)最厚的黃土,其中分布在盆地中高階地和剝蝕面上的黃土可以認為是代表本地區(qū)最老的黃土.1990年,陳富斌等人對甘孜滿地4級階地上的黃土磁性地層進行了初步分析,認為該地的黃土厚達80多米,底部年齡約為0.8Ma;1995年,方小敏等人利用陳富斌等采集的同套古地磁樣的平行樣進行了更系統(tǒng)的古地磁分析,得出滿地黃土底部年齡仍約為0.8Ma的類似結果,而對剖面黃土樣品中石英砂表面結構研究表明,青藏高原此時已進入了冰凍圈;1997年,蔣復初等人對甘孜滿地階地的黃土再次進行了研究,認為黃土厚度約為29m,而底部年齡只有0.12Ma左右.鑒于甘孜黃土的重要性和我們對青藏高原黃土意義新的認識,我們再次對甘孜黃土進行了全面細致的研究.1剖面結構及古土壤成分甘孜地區(qū)黃土主要分布于甘孜盆地中,長江支流雅礱江橫貫其中,形成6級階地.本次研究的黃土剖面位于雅礱江第6級階地上,高出早先各次研究的滿地村剖曲面約30m.剖面為一陡崖,出露部分厚約281m,未見底,經4m多的探井開挖,底部出露.整個剖面厚32m多,其中黃土共厚29m,覆于含礫坡積黃土之上,坡積黃土厚3m多,未見底(圖1).為了采到原始層位的樣品,我們在陡崖上開挖一條0.5～1m左右深的探槽.野外土壤鑒別和磁化率測量表明,剖面共含21條古土壤,其中14條為發(fā)育較強的古土壤,7條為發(fā)育較弱的古土壤.強古土壤一般為灰褐色、棕褐色及深棕褐色等,發(fā)育典型的Ah-Bt-Bk/Ck-C土壤剖面結構.Bt層發(fā)育較完全的團塊-團粒結構,有明顯的碳酸鹽淋溶和黏粒聚積,在9.6～11.5m發(fā)育有3條緊密相鄰的最強的古土壤,呈棕褐色至深棕褐色,完全中等團粒結構,含許多鐵質黏粒膠膜及少量錳膜;弱古土壤則一般為淺灰褐色,發(fā)育Ah-Bw-Bk/Ck-C土壤剖面結構,具中等團塊-團粒結構,較強的碳酸鹽淋溶和較弱的黏粒移動.依據土壤發(fā)生特征和在剖面中的組合結構.可將這21條古土壤組合成15大層古土壤S0～S14(圖1(a)).剖面中的黃土已有明顯的風化,一般為褐黃色,內含一定的鈣質結核和大量生物孔道,但在12.9～14.7m有一厚層青灰色(10YR8/3～2.5Y8/4)黃土,含一定的細礫及大量均勻分布的鈣質沉淀,具有弱紋理狀層理;在22.0～23.05m有一厚層典型黃土,灰黃色(10YR6/6),質地疏松,呈塊狀結構.黃土分布于古土壤層之間共約15層(L1～L15).熱釋光測年及野外磁化率揭示土壤發(fā)育不僅與野外鑒別的15層古土壤可完好對比(圖1(a),(b)),而且峰值的特征與結構可與黃土高原古土壤序列s0～S14的磁化率進行一定的對比,表明野外土壤層的劃分是正確的.2“n”的交變退磁和特征剩磁測量全剖面以0.25～1m間隔采集水平定向古地磁樣塊共59塊,每塊切成3個邊長為2cm的定向古地磁平行樣.所得樣品分別在蘭州大學中國西部環(huán)境教育部重點實驗室和中國科學院地質與地球物理研究所古地磁室測量.我們首先以0～60mT,步長5mT對代表性樣品進行13步系統(tǒng)交變退磁,然后分別用旋轉磁力儀和2G超導磁力儀進行特征剩磁測量,兩套平行樣品的剩磁表現出非常相似的特征,但2G超導磁力儀上的結果較穩(wěn)定,它們共同表明在25～35mT時次生剩磁就可被清除,得到穩(wěn)定的原生剩磁(圖2(a),(b)).因此,我們將其余樣品進行35～65mT,步長為10mT的4步系統(tǒng)交變退磁及特征剩磁測量,用主成分分析法求算特征方向,所得兩套數據結果基本相近.最后,通過剩磁繪圖分析,對關鍵點及個別不穩(wěn)定樣進行了0～690℃,步長5～50℃的19步系統(tǒng)熱退磁分析,結果與交變退磁結果基本相似,但特征剩磁顯示出較高的穩(wěn)定性(圖2(c),(d)).3套數據經費歇爾平均求得最后特征剩磁方向并繪于圖1中.圖1表明,全剖面共發(fā)現兩個正極性段N1和N2,它們分別位于剖面0～17.25和24.875～26.875m處;兩個負極性段R1位于剖面17.25～24.875m處,R2位于26.875～29m處(圖1(c)～(f))我們認為,N1和N2可分別對比于標準極性表中的布容正向期和賈拉米洛正向亞期.而R1和R2則為松山負極性期的一部分(圖1(c)～(f)),理由如下:(1)3m處L1底部熱釋光年齡為(74±5)kaBP,代表的沉積速率為4.05cm/ka.黃土高原黃土研究表明,馬蘭黃土的沉積速率約為布容世其余黃土沉積速率的2倍,在甘孜鄰近的西秦嶺黃土也是如此,因此,以此估算N1底部年齡約為0.78Ma,即B/M界線年齡.(2)N1和R1界線位于黃土L8中,與黃土高原B/M界線普遍出現在L8相對應.(3)N2位于S11和L12的底部之間,與黃土高原賈拉米洛事件出現在L10和L12之間相對應.剖面底部位于L15中,若以B/M界線到賈拉米洛事件底部(1.07～0.78Ma)沉積速率3.32cm/ka計算,推算剖面底部年齡約為1.13Ma,與黃土高原L15的起始年齡1.15Ma相近.3年生甘孜為走出去7年5月前后的冰放5個月之后的氣候事件我們的結果與早先測年結果有出入,主要有以下4個方面原因.:(1)本次研究的剖面高于以往的測試剖面,黃土也是本地區(qū)最厚的,其年代理應更老;(2)無論是土壤地層,還是磁化率曲線均表明黃土底部位于L15,即1.15Ma附近;(2)3級階地上發(fā)育與黃土高原相視的晚更新世典型黃土-古土壤序列S0-L1(Sm)-S1,0.5m處14C測年和5.2及10.3m處TL測年結果分別為11.8,(39.7±0.4)和(67±0.5)kaBP1,盡管S1底部,也即剖面底部的TL年齡可能因采樣導致年齡偏輕,但同樣可以說明與之呈連續(xù)分布的、6級階地上的上部黃土-古土壤年齡應與之基本相同(注意海拔較高,相同層位黃土-古土壤厚度大大減小,S,以上僅5m厚),其下24m黃土顯然應該大大老于這一年齡(圖1);(4)本區(qū)冰川作用與黃土形成密切相關.在甘孜盆地西側靠近黃土物源區(qū)的絨壩岔一帶,廣泛發(fā)育來自新龍冰帽的3期冰磧物,其中末次冰期冰磧物形態(tài)保存完好,上覆1m左右全新世黃土與古土壤.倒數第2次冰期冰磧物形態(tài)仍很清楚,上覆4～5m黃土和3層古土壤,其黃土-古土壤剖面結構表明它們應為馬蘭黃土和全新世與末次間冰期古土壤.經本次TL測年,黃土底部年齡為(76±6)kaBP,證實了上述判斷.倒數第3次冰期冰磧物分布部位較高,形態(tài)不完整,并已嚴重風化,上覆薄層黃土.甘孜黃土上部與之呈連續(xù)分布,其下部年齡必然老于倒數第2次冰期冰磧物上的黃土年齡.因此,認為甘孜黃土形成于距今0.12Ma的結論是不妥的,可能與馬蘭黃土因下伏地形起伏呈“瓜皮帽”式披覆作用有關,早先誤測的黃土厚度也可能與這一作用有關.除此之外,黃土磁性地層研究還揭示出3個重大氣候環(huán)境事件:(1)高原黃土的出現.青藏高原黃土在大約1.13Ma出現,且其沉積速率在早期(1.13～0.78Ma)和晚期(0.074～0Ma)出現兩個高值,分別達3.3和4.1cm/ka是中期(2cm/ka)的近2倍.青藏高原黃土的出現和緊接之后的較高的沉積速率,可能表明,青藏高原在此時已隆升到環(huán)流變化的臨界高度,即平均3000m以上,導致西風氣流從原來的以爬流為主轉而以繞流為主,植被減少,地表裸露加劇,形成了粉塵物質源區(qū),高原塵暴過程加劇,高原此時可能就已進入冰凍圈,黃土堆積范圍擴大,沉積速率加快.而青藏高原在末次冰期的再次急劇隆升(共和運動),可能導致了環(huán)境的更加惡化,造成環(huán)流進一步得以強化,粉塵源區(qū)擴大黃土和沉積速率的顯著增大.這一沉積速率的變化趨勢,劉東生等人在黃土高原黃土的研究中也有類似的發(fā)現,并指出,在1.15Ma以前,下砂質黃土層的出現代表了一個極其嚴酷的環(huán)境事件,這可能與青藏高原隆升有著密切的聯系.(2)兩個磁化率值極低的黃土層各自所代表的兩個氣候事件.一是厚3m左右的L10中出現灰黃色典型黃土(().95-0.92Ma)(圖1(a),(b)).根據土壤結構分析,甘孜黃土一般是結構致密、顏色發(fā)褐色的風化黃土.該層位結構疏松的典型黃土的出現,可能意味著此時極為惡劣的環(huán)境.二是夾細礫和發(fā)育弱紋層的青灰色黃土層L6(0.65～0.5Ma)(圖1(a),(b)).這些特征揭示了該黃土層的水生環(huán)境,可能指示了當時較為豐沛的降水,且處于冰期中,揭示當時冷且偏濕的氣候環(huán)境.(3)青藏高原具備了發(fā)育大規(guī)模冰川的條件.由于此