俄罗斯亚速海地区与中国帕米尔地区MIS5以来黄土磁性特征及环境演变研究

摘要

欧亚大陆黄土分布范围广，厚度大，蕴含着丰富的环境演变信息。俄罗斯亚速海地区与中国帕米尔地区黄土是欧州与中国黄土沉积的过渡带，有其独特的区域环境特征，对其黄土记录的古环境变化信息的研究有助于我们深入了解不同气候系统对全球变化的响应。近几十年来，黄土的磁化率作为环境变化的指示指标被广泛应用，但目前磁化率与气候变化的应对模式存在差异，需要进行更广范围的对比研究。本研究选取了受中纬度西风带控制的俄罗斯亚速海北岸典型的Beglitsa黄土剖面与中国帕米尔地区奥依塔克（AYTK）黄土剖面为研究对象，借助于环境磁学各项指标进行了系统的磁学性质研究，并结合色度（a*、b*、L*）、粒度、碳酸盐（CaCO3％）、总有机碳（TOC%）以及 X射线衍射（XRD）等手段，以期来探讨这两个地区黄土沉积物环境磁学的应用机制及其影响因素，并探讨其MIS5以来古气候的变化过程，为预测未来气候变化趋势提供参考。同时与中国黄土高原地区典型黄土剖面的气候代用指标进行对比，分析其空间差异性，并将这两个地区MIS5以来的气候变化与其它地质记录及区域进行对比。尝试采用磁学参数重建俄罗斯亚速海地区MIS5以来的古降雨量。
　　本研究主要内容包括：⑴俄罗斯亚速海地区 Beglitsa与中国帕米尔地区AYTK黄土沉积物的磁性特征均主要受亚铁磁性矿物磁铁矿控制，同时受到不完整反铁磁性矿物的影响；磁性矿物颗粒均主要以PSD-MD为主，但Beglitsa黄土成壤作用形成的SP磁性颗粒对磁化率有一定贡献。与黄土高原地区典型黄土剖面对比发现，χ的平均值表现为 Beglitsa＜AYTK＜靖远＜洛川，空间上表现为西部＜东部＜中部，可能是磁性矿物含量和粒径的变化以及源区物质的不同和气候条件的差异所影响。总体上来看，磁性强的样品，亚铁磁性矿物贡献较大。⑵俄罗斯亚速海地区 Beglitsa黄土样品的颜色总体上偏暗，L*值较低，红度 a*偏小，L*能够指示该区降水量含量的变化特征，可以作为半定量或者定量地描述该区环境变化的代用指标；中国帕米尔地区AYTK黄土样品颜色总体上偏亮，L*值较高。与黄土高原靖远剖面对比发现，受西风带控制的Beglitsa剖面与AYTK剖面黄土样品的色度归一化分布较为相似，而受季风影响的靖远剖面表现的有所不同。⑶俄罗斯亚速海地区Beglitsa与中国帕米尔地区 AYTK黄土颗粒均主要以粗粉砂（10～50um）为主，但Beglitsa黄土剖面砂粒（＞50um）含量较低，AYTK黄土的砂粒（＞50um）含量高达15.68%；两个地区黄土样品的粒径频率分布均呈单峰分布。与黄土高原典型剖面对比发现，洛川剖面砂粒含量最低，但粘粒（＜5um）含量最高，成壤作用最强。AYTK和靖远黄土样品粒度有着相似的分布特征，与 Beglitsa黄土样品存在一定差异，可能是源区物质的不同所致。Beglitsa与AYTK黄土样品的磁化率（χ）、饱和等温剩磁（SIRM）、软剩磁（SOFT）与粗粉砂含量均呈正相关，说明在粗粉砂中主要富集黄土的磁性矿物。⑷俄罗斯亚速海地区Beglitsa黄土CaCO3的淋溶或迁移造就了磁性矿物的富集，对磁性特征产生不同程度的影响；中国帕米尔地区AYTK黄土的CaCO3含量较高，且较为稳定，高含量的CaCO3可能对黄土磁性矿物含量产生稀释作用，使得黄土磁性相对减弱。Beglitsa黄土的TOC可以指示磁化率增强与“生物成磁作用”有关。XRD分析显示Beglitsa黄土化学风化较为强烈；AYTK黄土的化学风化程度不高，可能处于化学风化的早期阶段。可能是由于该地区降水量相对较少，水热组合相对较差。⑸俄罗斯亚速海地区Beglitsa黄土成壤作用较强，磁化率与成壤作用呈正相关，与中国黄土高原地区有着相似的气候变化过程；其χ、SIRM以及SOFT磁学参数能够较好的反映该区环境演变过程。中国帕米尔地区 AYTK黄土的磁化率与成壤作用关系较为复杂，MIS5以来气候整体较为干冷，黄土-古土壤分层不明显，主要归因于局地气候、地形的作用，晚更新世以来中亚地区干旱化加强可能对该区黄土成壤作用造成一定影响，塔吉克斯坦到塔里木盆地西风减弱导致降水量减少可能对中亚大部分黄土沉积的磁性特征的古环境解释起着至关重要的作用；将矿物风化分析和 HIRM、SIRM/χ等磁学参数相结合能够明确指示中国帕米尔地区 AYTK黄土风化成土作用强弱及其蕴含的古环境信息。与其它地质及区域记录对比，发现它们在间冰期-冰期旋回具有相似性，但也体现了区域独特性；俄罗斯亚速海地区的气候演变过程与东欧其它区域具有一致性，且MIS5以来气候不稳定，存在冷暖的变化特征，其中MIS5c最为暖湿，成壤作用最强，这与黄土高原其它区域有着明显不同。采用χfd/HIRM重建了俄罗斯亚速海地区MIS5以来的古降雨量，末次间冰期S1的降雨量变化在254.3～676.6±70mm范围内，其中S1SS2（MIS5c）的降雨量与现阶段降雨量较为接近。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 末次间冰期（MIS5）以来的研究进展

1.3 环境磁学发展和原理及其在黄土研究中的应用

1.4俄罗斯亚速海地区与中国帕米尔地区黄土的研究进展

1.5本研究的内容

1.6本研究的创新点

第二章 区域概况与研究方法

2.1 区域概况

2.2 剖面描述

2.3样品采集

2.4样品处理与测试方法

第三章 俄罗斯亚速海地区与中国帕米尔地区黄土磁性特征

3.1 本研究使用的磁学参数解释

3.2俄罗斯亚速海地区Beglitsa黄土剖面磁性特征

3.3 中国帕米尔地区AYTK黄土剖面的磁性特征

3.4与黄土高原地区靖远和洛川黄土剖面磁性特征对比

3.5小结

第四章 俄罗斯亚速海地区与中国帕米尔地区黄土色度特征

4.1俄罗斯亚速海地区Beglitsa黄土剖面色度特征

4.2中国帕米尔地区AYTK黄土剖面色度特征

4.3与靖远黄土剖面色度特征对比

4.4小结

第五章 俄罗斯亚速海地区与中国帕米尔地区黄土粒度特征

5.1 俄罗斯亚速海Beglitsa黄土剖面的粒度组成特征

5.2 中国帕米尔AYTK黄土剖面的粒度组成特征

5.3 与靖远和洛川黄土剖面粒度特征对比

5.4 小结

第六章 俄罗斯亚速海与中国帕米尔地区黄土物质成分分析

6.1黄土的碳酸盐含量特征

6.2黄土的有机质变化特征

6.3黄土矿物组成特征

6.4俄罗斯亚速海地区与中国帕米尔地区黄土矿物的风化意义

6.5小结

第七章 俄罗斯亚速海与中国帕米尔地区磁性特征影响因素

7.1粒度对黄土沉积物磁性特征的影响

7.2碳酸盐对黄土沉积物磁性特征的影响

7.3有机质对黄土沉积物磁性特征的影响

7.4小结

第八章 俄罗斯亚速海与中国帕米尔黄土记录的古环境信息

8.1黄土沉积物磁学变化机制及环境意义

8.2 磁化率与地层的对比

8.3俄罗斯亚速海与中国帕米尔地区MIS5以来黄土记录的气候变化

8.4俄罗斯亚速海地区古降雨量重建的尝试

8.5小结

第九章 主要结论及研究展望

9.1 主要结论

9.2 存在问题及研究展望

参考文献

在学期间的成果

致谢

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