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晚新生代是地质历史上重要的气候转折时期,地球气候、环境系统发生了一系列的变化,使得地球最终从“温室”进入“冰室”状态。研究这一时期地球气候环境的变化,对于理解地球系统行为机制具有重要的意义。近年来,从构造抬升,特别是从青藏高原的抬升与化学风化、大气CO2浓度变化之间的复杂过程入手,来解释气候系统的演变,越来越受到人们的关注。我国北方广泛分布的黄土-红粘土沉积记录了青藏高原北部大范围区域的物质循环和化学风化过程,因而对理解晚新生代气候变迁的机制,验证抬升—风化假说有十分重要的意义。
本研究通过运用X荧光方法,对甘肃平凉白水剖面共319个样品进行了主量元素分析,重建了我国黄土高原中部6Ma以来化学风化的演化历史。根据风化过程中不同元素的迁移特征,比较了7种化学风化指标,认为CIA指标是反映黄土-红粘土化学风化强度的较好指标,因而将其作为该剖面化学风化强度替代指标。结合已有的剖面时间标尺,建立了白水剖面的风化时间序列。结果显示,CIA曲线和深海氧同位素曲线的变化表现出相似的特征,表明在全球冰量不断增加,全球变冷的背景下,黄土—红粘土化学风化强度呈现总体减弱的趋势。
在总体降低的趋势上,CIA变化还至少能检出3次百万年级的旋回:3.3-2.1 Ma、1.7-0.9Ma及0.9Ma-至今,我们分析认为,这种长周期波动的特征可能与青藏高原的抬升和北半球冰盖扩张共同作用相关。我们还观察到,2.4-0.8Ma,CIA曲线的波动存在着400,000的轨道周期特征,这可能是由于青藏高原的抬升增强了季风对太阳辐射变化的敏感性。在1.2-0.8Ma,100,000周期的特征开始增强,到0.8Ma以后完全表现为100,000的主导周期,这可能意味着北半球冰盖的扩张达到一个阈值,从而使季风与全球冰量的变化表现出一致的周期波动。