中亚干旱区高山泥炭磁性特征变化机制与古环境

摘要

亚洲内陆干旱区作为地球上最广阔的一个干旱区，是全球环境系统的重要组成部分，对区域和全球气候与环境有重要影响，在全球环境变化研究中占有重要地位。深入探讨亚洲内陆干旱区气候演化过程及其机理，成为亚洲自然环境演化研究的紧迫需求。新疆干旱区已经被证实是气候变化响应最为敏感的地区之一，前人已经通过湖泊沉积物、黄土、石笋等信息载体对区内气候环境演变开展了广泛研究，并取得了重要成果，但是目前尚存在一些争议。泥炭作为过去气候环境变化研究的良好的地质档案，尤其在重建全新世高分辨率的古气候及粉尘变化方面优势显著，但是西北干旱区至今没有开展相关研究。干旱区泥炭中粉尘含量相对高，有利于运用环境磁学的方法开展工作，但是相关应用甚少且对泥炭沉积中磁性矿物及变化机制认识不清。因此，本文选择位于阿尔泰山西端和中部的ATM10-C5和ATM10-C7泥炭岩芯为研究对象，重点通过系统的环境磁学研究，揭示泥炭沉积物中磁性矿物特征及其变化机制。在此基础上，从磁学参数中提取有效的气候和粉尘代用指标，并结合地球化学元素，探讨了该区域全新世以来气候及粉尘变化情况，并对其机制进行了初步讨论。主要获得了以下认识：　　(1)阿尔泰山泥炭沉积物的磁性矿物浓度低，沉积物中亚铁磁性矿物富集程度较低，表现出明显的弱磁性沉积物的特征。泥炭沉积物中含有高矫顽力的赤铁矿、针铁矿以及低矫顽力的磁铁矿，其次还含有顺磁性矿物和大量抗磁性矿物。赤铁矿的含量高是主要的载磁矿物，磁铁矿可能是剩磁的主要贡献者。初步认为在阿尔泰山泥炭沉积物中不含有生物成因的磁性细菌。阿尔泰山泥炭样品主要为细颗粒的磁性矿物但同时存在MD颗粒的磁铁矿。　　(2)阿勒泰地区表土样品的磁性矿物来源相对稳定，岩石磁学性质主要由来自源区的粗颗粒软磁性矿物所主导，Xlf和SIRM值大小与磁性颗粒表现出一定的正相关关系，磁性矿物浓度越大，磁畴越粗，与海拔高度和景观带的变化紧密相关。荒漠带表土中磁性矿物的浓度较高，磁畴主要为粗颗粒的PSD+SD，而其它景观带（森林、灌丛、草原、湿地）浓度明显降低，磁畴也相对较细。相比较，其它景观带表土受后期改造作用比荒漠区稍强，导致矿物浓度和粒径发生变化，这种差异性主要是由于海拔升高到1300m之后，区域气候环境因素（如气温，降水以及蒸发）发生明显变化，导致强磁性矿物的破坏，土壤磁性降低。成壤作用形成的SP颗粒相对较少，对磁性矿物的浓度影响非常有限。　　(3)首次提出泥炭沉积物的磁性特征变化机制：在泥炭表层酸性的亚氧环境中，亚铁磁性矿物在较短的时间内伴随着部分溶解和改造，导致沉积物磁性浓度的降低和粒径的减小，快速的沉积和埋藏之后，长期处于缺氧的碱性还原环境下，磁铁矿发生的变化很小或基本不会再次被改造。　　(4)泥炭沉积物的磁学参数X、IIRM1T以及Xarm/IRM1T可以用来反映气候的冷暖变化并对其机理作了详细阐述。早全新世(11～9.5calkyrBP)，阿勒泰地区气候寒冷，但是表现出逐渐转暖的趋势，中全新世（9.5～4.OcalkyrBP）气候温暖，晚全新世(4.0calkyrBP～)气候再次相对变冷，该区域气候变化与北疆乌伦古湖气候代用指标揭示的气候冷暖变化具有一定的相似性，而且气候的冷暖变化与600N太阳辐射紧密相关。　　(5)ATM10-C5和ATM10-C7岩芯Pb元素的浓度在11～7.5calkyrBP时期变化范围分别为20~35mg/kg和20~40mg/kg，处于一个相对较高的阶段，指示这一阶段Pb浓度较高；7.5～4.0calkyrBP岩芯Pb元素的浓度较前一阶段明显降低，变化范围分别为10～20mg/kg和10～25mg/kg;4.0calyrBP以来Pb元素的浓度较前一阶段明显再次上升，变化范围分别为20~30mg/kg和20～30mg/kg。同时，进一步分析发现，Pb浓度的存在三个高值阶段，分别为1.6～2.1calkyrBP，3.5～4.1calkyrBP,7.9～8.5calkyrBP。　　(6)首次运用HIRM记录泥炭中的粉尘变化，并结合Ti元素将阿尔泰山地区全新世粉尘变化分为三个阶段：即早全新世(11~9.5calkyrBP)浓度较高，全新世中期(9.5～4.0calkyrBP)浓度最低，晚全新世(4.0calkyrBP～)再次升高。1.6～2.3calkyrBP，3.5～4.OalkyrBP，8,1～8.4calkyrBP阶段，指示了三个粉尘浓度明显增加的时期。粉尘的变化影响因素复杂，与气候的冷暖变化紧密相关很可能受冬季风和西风的影响。

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