柴达木盆地西北缘尕斯库勒湖钻孔记录的中更新世气候转型

摘要

地球气候系统在中更新世发生了巨大的变化，由早更新世时期高频、低幅的41-kyr地轴倾角周期逐渐进入晚更新世低频、高幅的准100-kyr冰期一间冰期旋回。由于轨道驱动配置在中更新世并未发生明显的变化，因此100-kyr周期的起源和中更新世气候转型的起因就成了整个第四纪气候演变中的一个根本性的谜团。青藏高原的阶段性构造隆升作为晚新生代最显著的地质事件之一，对高原本身及其周边地区乃至全球的气候都有强烈的影响。柴达木盆地作为高原内部的一个巨型山间盆地,发育了连续、完整、巨厚的第四纪沉积，高分辨率的湖泊沉积物古气候变化研究对于加深高原内部气候变化历史的认识，探讨高原隆升在中更新世转型过程中的作用具有十分重要的意义。柴达木盆地西北缘长222米的尕斯库勒湖GSK0305钻孔就提供了这样的一个难得的机会。 本文根据磁性地层学基础建立了GSK0305钻孔的天文轨道调谐时间标尺，钻孔的底界年龄约为1320kyr，这为区域和全球气候对比提供了坚实的年代学基础。钻孔的磁化率记录与深海氧同位素记录在冰期一间冰期旋回尺度上具有高度一致性。磁化率的高值对应于全球冰量较少的间冰期而低值则对应于冰期，并且表现出一定的不对称结构(尤其在晚更新世)，即冰期向间冰期的过渡迅速而间冰期向冰期的过渡缓慢。磁化率记录的这种形式可能反映了入湖径流搬运能力的变化。在冰期时，河流流量减少，无法将流域范围内因强烈物理风化形成的大量碎屑磁性矿物搬运到尕斯库勒湖西岸的冲积平原，沉积物粒径变细，磁化率信号也较弱。与此相反，间冰期增强的河流搬运能力可以将粗颗粒的磁性矿物带入湖盆，沉积物粒径变粗，磁化率值增高。 在时间域与大洋环流指标δ<'13>C对比的基础上，我们认为中更新世转型是一个始于～1250 kyr，结束于～530 kyr，时间跨度达720 kyr的渐变过程，并将其划分为四个阶段：预变期(～1250—1060 kyr，相当于MIS 38—31/30)；转折期A(～1060—900 kyr，对应于MIS 31/30—23/22)：中间过渡期(～900—650 kyr，对应于MIS 23/22—17/16)，以及转折期B(～650—530 kyr，对应于MIS 16一14)。其中中间过渡期是中更新世转型的主体阶段。这四个阶段由五个短事件来定义：～1260—1240 kyr，～1060—1040 kyr，～920—900 kyr，～660—645 kyr以及～545—530 kyr，分别命名为Eventl一Event5。 演化谱分析显示，在～1.2—1.1 Ma左右曾经出现过一次～100-kyr周期，同时伴随着强半岁差周期的出现。而在转折期A阶段，～100-kyr周期与半岁差周期都比较微弱，直到～920 kyr前后半岁差重新强烈出现，～100-kyr周期振幅也于800 kyr前后逐渐增大，～650 kyr振幅最为强烈。由于转折期A阶段GSK0305孔的磁化率记录逐渐增大，而半岁差周期十分微弱，说明此时高原北缘的气候渐进式改善与亚洲夏季风无关，而可能反映了逐渐增强并北移的北支西风。 尕斯库勒湖GSK0305孔磁化率记录的长期变化趋势与东赤道太平洋ODP846孔δ<'18>O记录的频率解调制分析结果以及太阳辐射的长期变化趋势一致性非常好，这说明频率调制很可能对～100-kyr周期的产生和演化起着重要的作用，青藏高原以及北半球冰盖系统很可能是引发这种频率调制机制的共同根源。这种机制同样能较好地解释中更新世转折期B阶段以及MIS 13阶段亚非季风的异常强盛。 青藏高原隆升与中更新世转型之间可能存在紧密的联系。在中更新世发生的昆黄运动(1.2-0.6 Ma)可能使青藏高原在～1060 kyr前后全面抬升到超过3000m的动力临界高度，西风开始由爬流向分叉绕流转变，北支西风则显著增强并北移，一方面促进了西伯利亚冰盖的生长并减弱了北大西洋温盐环流，方面则与异常温暖的夏末亚极地北太平洋表层水一同为北美冰盖的发育提供了水汽来源，促进了冰盖基底由较软的风化盖层向坚硬的结晶基底的转变。而在～900 kyr前后，高原可能达到了水汽凝结高度并全面进入冰冻圈，开始发育大规模的冰川作用，北美冰盖可能初步建立一个混合基底，冰层逐渐增厚并开始通过非线性方式桌产生微弱的100-kyr周期。通过中间过渡期的持续生长，稳定的硬基底北美冰盖可能在～650 kyr前后建立，并开始产生强烈的～100-kyr周期。高原北缘在41-kvT地轴倾角频段上的气候敏感度维持在1.3 Ma以来的最高水平上，可能说明地轴倾角周期所控制的经向温度梯度和向极地水汽输送是为北美冰盖持续生长提供水汽来源的重要途径，赤道太平洋地区温跃层的变化可能是驱动MPT转犁的重要机制之一。

目录

文摘

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论文说明：图目录及表目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第1章绪论

第2章磁性地层学和年代模型

2.1研究区和钻孔描述

2.2磁性地层学

2.3钻孔气候代用指标

2.4钻孔年代模式的建立与比较

2.5与深海氧同位素曲线的对比

第3章柴达木盆地西北缘河湖相沉积记录的中更新世气候变化

3.1轨道和亚轨道尺度周期的频谱特征

3.2尕斯库勒湖钻孔中更新世转型期的气候记录及对比

3.3中更新世青藏高原的气候敏感度

第4章青藏高原与中更新世全球气候转型的关系

第5章结论与问题

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参考文献