中国北方第四纪磁性地层记录的古地磁极倒转与气候变化耦合关系

中国北方第四纪磁性地层记录的古地磁极倒转与气候变化耦合关系 中国北方第四纪磁性地层记录的 古地磁极倒转与气候变化耦合关系 1 ,21 郑国璋, 岳乐帄 ( )1 . 西北大学 地质学系 ,陕西 西安 710069 ; 21 山西师范大学 城市与环境科学学院 ,山西 临汾 041004 [ 摘要 ] 应用古地磁学原理 ,分析了中国北方第四纪黄土 、泥河湾盆地 、黄海陆架磁性地层记录的古地 磁极倒转与气 候 变 化 之 间 的 关 系 。研 究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 第 四 纪 古 地 磁 极 倒 转 与 气 候 变 化 有 一 定 的 耦 合 关 系 : Mat uya ma/ Ga uss 极性界限 、Br unhe s/ Mat uya ma 极性界限与第四纪气候变冷期相对应 , Mat uya ma 负极 性时中的正极性亚时及 Br unhe s 正极性时中的负极性亚时与气候变暖期相一致 。因而 ,第四纪古地磁 极倒转可能是第四纪气候冷暖波动变化的主要驱动因素之一 。 [ 关键词 ] 第四纪 ; 磁性地层 ; 古地磁极倒转 ; 气候变化 ;中国北部 + () [ 中图分类号 ] P534 . 63 ; P318 . 4 4 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 167226561 20050320091204 () [ 作者简介 ] 郑国璋 1965 - ,男 ,山西洪洞人 ,山西师范大学副教授 ,西北大学博士研究生 ,从事第四 纪地质与环境研究 。 古地磁学广泛应用于第四纪地质与环境研究 , ,但又有一定的不同 , 耦合关系与欧美有相似之处 值得深入研究与探讨 。根据古地磁测年建立第四纪年代地层单位 ———磁 性地层已十分普遍 ,黄土 古土壤序列磁化率的变 [ 1 ] 黄土第四纪磁性地层记录的古地 1 化已成为反映古气候 环境变化的替代性指标, [ 2 ] 《中国黄土古地磁学》的出版使中国黄土古地磁 磁极倒转与气候变化关系学研究达到了一个新的水帄 。第四纪古地磁极倒 转对气候变化的影响也引起许多学者的重视 ,但对 通过对洛川 、宝鸡 、西峰 、刘家坡 、九州台 、靖远 、 这一问题目前学术界尚未形成统一认识 。8 个黄土剖面磁性地层的分析表明 ,黄 黄陵 、蓝田等 研究表明 ,第四纪古地磁极倒转与气候变化存 土第四纪磁性 地层 记录 的 Mat uyama/ Gauss 、Brun2 在一定的耦合关系 ,如北美内布拉斯加冰期开始与 hes/ Mat uyama 极 性 界 限 与 气 候 变 冷 期 相 对 应 ; Ol duvai 亚 时 的 开 始 相 一 致 , 堪 萨 斯 冰 期 开 始 于 Mat uyama 负极性时中的正极性亚时及 Brunhes 正极 J a ra millo 亚时之末 ,伊利诺冰期开始则可与 B r un2性时中的负极性亚时与古土壤密集带相一致 ,古土 ( ) he s 期中一次短极性亚时 0 . 42 Ma相对应 。著名 () 壤密集带形成时期反映了古气候变暖期 表 1。 洛的海相弗利卡剖面上 ,以喜冷有孔虫的出现与喜暖 川黄 土 剖 面 磁 性 地 层 Mat uya ma/ Ga u ss 极 有孔虫的绝灭为标志的古气候变冷 ,与 Ol duvai 亚 性界限与 L 相对应 ,Ol duvai 亚时与 S, S相对 33 25 28 ( 时的 开 始 一 致 。北 欧 歌 德 堡 极 性 亚 时 13 . 75 ,应 ,J a ra millo 亚 时 与 S, S相 对 应 , B r un he s/10 12 [ 4 ,5 ] ( ) 12 . 4 ka、美国和加拿大歌德 堡 极性 突跳 12 . 4 ,Mat uya ma 极性界限与 L 相对应。 8 宝鸡黄 土 剖 [ 3 ] ) 12 . 35 ka与全新世气候变暖相吻合。中国北方 面 磁 性 地 层 Mat uya ma/ Ga u ss 极 第四纪磁性地层记录的古地磁极倒转与气候变化 性界限与 L 相对应 ,Ol duvai 亚时与 S, S相对 33 25 27 应 ,J a ra millo 亚 时 与 S, S相 对 应 , B r un he s/10 12 [ 6 ] Mat uya ma 极性界限与 L 相对应。 [ 收稿日期 ] 2004208213 8 西峰黄 土 剖 ( ) [ 基金项目 ] 国家重点基础发展研究 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目 973 计划面 磁 性 地 层 Mat uya ma/ Ga u ss 极 ( )2003 CB214607 性界 限与L 相 对 应 , Ol duvai 亚时 与 S, S相 对33 24 26 表 1 黄土第四纪磁性地层古地磁极倒转与气候变化的关系 Ta ble 1 Relation of paleomagnetic polarity reverse and cl imatic change of loess magnetostratigra phy during Quaternary 黄土剖面古土壤层 气候 古地磁极倒转 特征洛川 宝鸡 西峰 刘家坡 九州台 靖远 黄陵 段家坡 ( )SBla ke 亚时 108,114 ka 变暖 1 ( ) Empero r 亚时 0 . 47,0 . 48 Ma变暖 SS6 5 () Brunhes/ Mat uyama 界限 0. 78 Ma变冷 L L L L L L 8 8 L 8 8 L 8 8 8 8 ( )Qio nghai 亚时 0 . 770,0 . 810 Ma ( )L antia n 亚时 0 . 794,0 . 805 Ma L SL L 9 9 S′9 9 8( ) J a ra millo 亚时 0 . 90,0 . 97 MaS,SS,SS,SS,SS,SS,SS,SS,S 变暖 10 1210 1210 1210 1210 1111 1310 1210 12( ) Ol duvai 亚时 1 . 67,1 . 87 MaS,SS,SS,SS,SS,S25 28 25 27 24 26 21 23 28 32 变暖 ( )Reunio n1 亚时 2 . 01,2 . 04 Ma ( )Reunio n2 亚时 2 . 12,2 . 14 Ma L S36 38 ( )Mat uya ma/ Ga u ss 界限 2 . 6 Ma L L L L L L 变冷 33 33 33 33 27 44 应 ,J a ra millo 亚时与 S10 , S12 相对应 , Qio nghai 亚 时与 L , S相对应 ,B r u nhe s/ Mat uya ma 极性界限 9 9 2 泥河湾盆地第四纪磁性地层记录的 [ 7,9 ] 与 L 相对应 , Emp ero r 亚时与 S相对应 。8 6 古地磁极倒转与气候变化关系 刘家 坡 黄 土 剖 面 磁 性 地 层 Mat uya ma/ Ga u ss 极性界限与 L 相对应 , Ol duvai 亚时与 S, S相 33 21 23 通过对泥河湾盆地钱家沙洼 洞沟剖面 、小渡 对应 ,J a ra millo 亚 时 与 S, S相 对 应 ,B r unhe s/10 12 口 郝家台剖面第四纪磁性地层的分析表明 , 泥河 [ 9 ,10 ] Mat uya ma 极性界限与 L 相对应。 8 九州台 黄 湾盆 地 磁 性 地 层 记 录 的 Mat uya ma/ Ga u ss 、B r u n2 土 剖 面 磁 性 地 层 J a ra millo 亚 时 与 he s/ Mat uya ma 极性界限与气候暖湿与冷干波动相 S, S相 对 应 , Qio nghai 亚 时 与 S′相 对 应 , 对 应 ; Mat uya ma 负 极 性 时 中 的 正 极 性 亚 时 及 10 11 8 [ 7 ] B r un he s 正极性时 中 的负 极性 亚 时与 湖 侵 期 相 一B r u nhe s/ Mat uya ma 极性界限与 L 相对应。8 () 致 ,湖侵期相反映了古气候变暖期 表 2。 靖远黄土 剖 面 磁 性 地 层 J a ra millo 亚 时 与 S11 , S相 对 应 , B r unhe s/ Mat uya ma 极 性 界 限 与 L 13 8 钱 家 沙 洼 洞 沟 剖 面 磁 性 地 层 Mat uya ma/[ 11 ] 相对应 , Emp e ro r 亚时位于 S底部。 5 黄陵黄土Ga u ss 极性界限位于第 17 层相对应 ,第 17 层属湖 剖面磁性地层 Mat uyama/ Gauss 极性 侵旋回期 E ,为侵蚀面之上湖相灰黄色粘土质粉砂 与灰色粉砂质粘土条带状互层 ,反映了气候暖湿与 界限位于 L底部与红粘土接触处 ,J aramillo 亚时与27 冷干波动 。Reunio n 1 , Reunio n 2 亚时位于第 18 层 S, S相 对 应 , Po st2J aramillo 亚 时 位 于 L上 部 , 10 12 9 [ 12 ] 中 ,为湖相地层 ,属湖侵旋回期 E 的最大湖侵期 ,为 Brunhes/ Mat uyama 极性界限与 L相对应。8 气候变暖期 。Olduvai 亚时与第 22,24 层相对应 ,为 蓝田 段 家 坡 黄 土 剖 面 磁 性 地 层 Mat uyama/ [ 7 ] 湖相地层 ,属湖侵旋回期 F,为气候变暖期 。 Gauss 极性界限位于 L与红粘土之间 , Reunio n 1 亚44 小渡口 郝家台剖面磁性地层 Olduvai 亚时与第 时及 Reunio n 2 亚时分别与 L及 S相对应 ,Olduvai36 38 亚时与 S, S,J aramillo 亚时与 S, S相对应 , 28 32 10 12 5 层相对应 ,为湖相地层 ,属湖侵旋回期 F ,为气候变 ( ) Lantian 亚 时 Po st J aramillo 亚 时位 于 L上 部 , 9 暖期 。J aramillo 亚时与第 21 层相对应 ,为侵蚀面之 [ 13 ] Brunhes/ Mat uyama 极性界限与 L相对应。8 上的 河 床 相 地 层 , 为 气 候 相 对 暖 期 。Brunhes/ 黄土磁性地层中 Emp e ro r 亚时在黄土剖面中 Mat uyama 极性界限位于第 28,29 层间 ,第 28 层为 多次发现 ,层位多在 S附近 ,如靖远 、合阳 、洛川后湖相绿灰色薄层板状钙质粉砂质粘土 ,第 29 层为湖 5 [ 2 ,11 ,14,17 ] 子头 、渭南武家堡 、阎村 W孔 、洛川剖面。 7 相棕色粘土下部锈黄色粉砂质粘土 ,反映湖水深浅 黄土磁性地层中 Bla ke 亚时在靖远 、长武丁家 变化与气候湿干波动 。孢粉分析表明 ,第 28 层含暗 [ 2 ,11 ,18 ] 沟 、陕县 、西宁剖面 S层中都有发现。针叶林 草本植物孢粉组合 ,以云杉为主的暗针叶林 1 组合中含 21. 5 %草本植物花粉 ,证明低温与干旱同 [ 7 ] ( ) 为气候温暖期 。歌德堡极性亚时 10,12 . 4 ka 与 时出现是 J aramillo 亚时后本区气候的重要特征。 表 2 泥河湾盆地第四纪磁性地层 H ?段底界相对应 , H ?段为海侵层 ,标志着新仙女 古地磁极倒转与气候变化的关系 木事件的结束 ,冰后期全新世变暖期开始 。歌德堡 Table 2 Relation of paleomagnetic polarity reverse and climatic () 极性亚时 1 5 ka 位于 H ?段中部 ,与中国北方仰 change of magnetostratigraphy of Nihe wan Basin during Quaternary [ 7 ] 韶温暖期相对应。 1 地层剖面特征 表 3 黄海陆架 QC孔第四纪磁性地层古地磁 气候 极倒转特征 钱家沙洼 洞沟 小渡口 郝家台 古地磁极倒转与气候变化的关系 Ta ble 3 Relation of paleomagnetic polarity reverse 第 28 ,29 层之间 , 暖湿 为湖 相 棕 色 粘 土and cl imatic change of magnetostratigra phy of Br unhe s/ 下部 锈 黄 色 粉 砂与冷 Mat uya ma 界限Yello w Sea shelf during Quaternary 质粘 土 与 绿 灰 色干波( )0 . 78 Ma 薄层 板 状 钙 质 粉动古地磁极倒转 地层特征 气候变化 砂质粘土互层 ( ?段 中 部 , H 中 国 北 方 仰 韶 温 Go t henbur g 亚时 1 5 第 21 层 , 为 侵 蚀 J a ra millo 亚 时 )较为 ka 面之 上 的 河 床 相 海侵层暖期( 0 . 90 , 0 . 97 地层 暖湿( Go t henbur g 亚 时 10 H ?段 底 界 , 全 新 世 变 暖 期 开 )Ma 始 ),12 . 4 ka 海侵层第 5 层 , 湖 相 地 Ol duvai 亚 时 第 22 ,24 层 , 湖 层 , 属 湖 侵 旋 回 ( Mungo 亚 时 20 , 30 H ?段 中 部 , ( 1 . 67 , 1 . 87 期 F 相 地 层 , 湖 侵 旋 暖湿 温暖期 ) ka 海侵层)Ma 回期 FH ?段 底 部 , Blake 1 ,Blake 2 , Blake Reunion1 亚 时 温暖期 ,相当于氧 海侵层()3 亚时 75,108 ka ( 2. 01 , 2. 12 同位素 5 期 18 层 , 湖相地 第 H ?段 中 部 , ( Bla ke 亚时 108 ,114 ) Ma Reunion 2 温暖期 ,相当于氧 层 , 湖 侵 旋 回 期 暖湿 海侵层)ka ( 亚 时 2 . 12 ,同位素 5 期底界 E 的最大湖侵期C ?底 界 , 陆 )2 . 14 Ma Br unhe s/ Mat uya ma 相层 ( )界限 0 . 78 Ma 变冷期 H ?段 中 部 , 第 17 层 湖 侵 旋 Po st J a ra millo 亚 时 暖湿 Mat uya ma/ 回 期 E , 灰 黄 色 海侵层 ( )与冷0 . 794,0 . 805 Ma ( Ga uss 界限 2 . 6 变暖期 粘土质粉砂与灰H ?段 底 部 , 干波( J ara mill 亚时 0 . 90 , ) Ma 色粉砂质粘土条 海侵层 动)0 . 97 Ma 带状互层H ?段 顶 部 , 变暖期 ( Ol duvai 亚时 1 . 67 , 海侵层)1 . 87 Ma 变暖期 1 3 黄海陆架 Q C孔第四纪磁性地层 古地磁极倒转与气候变化关系 4 古地磁极倒转引起气候变化探讨 1 黄海陆架 QC孔第四纪磁性地层记录 Mat uy2 古地磁场引起气候变化的机制目前存在不同 ama/ Gauss 、Brunhes/ Mat uyama 极 性 界 限 与 海 退 期 的解释 。通常认为 ,在正常时期地磁场受太阳风的 相对应 ,反映了古气候变冷期 ; Mat uyama 负极性时 影响 ,形成磁层和磁尾 ,太阳风带来的高能粒子被 中的正极性亚时及 Brunhes 正极性时中的负极性亚 () 磁层俘获 ,聚集在地球的高空 ,形成范 ?艾伦带 ,地 时与海侵期相一致 ,反映了古气候变暖期 表 3。 黄 1 球表面受范 ?艾伦带的保护没有遭到过量的太阳 海陆架 QC孔磁性地层中 Mat uyama 反极性 时中有 3 个正极性亚时 ,Olduvai 亚时与 H ?段相对辐射 。在极性转变时期 ,地磁场强度大约降到原强 应 ,属海侵 层 , 为 气 候 变 暖 期 。J aramillo 亚 时 、Po st 度的 1/ 4 ,这意味着地磁场的屏蔽作用大大降低 ,强 () 烈的太阳辐射直接到达大气层和地表 ,造成地表上 J aramillo 亚时 Qio nghai 亚时与 H ?段相对应 ,属海 [ 3 ] 接受的太阳辐射增强 ,从而引起气候变暖。这与 侵层 ,为气候变暖期 。Brunhes/ Mat uyama 极性界限 [ 7 ] 中国 北方 第 四纪 黄土 地层 、泥 河 湾盆 地河 湖 相 地 位于 C ?段底界 ,属陆相层 ,为气候变冷期。 1 黄海陆架 Q C孔磁性地层中 B r unhe s 正极性层 、黄海陆架地层中磁性地层记录的 Mat uya ma 反 ( ) 时有 7 负极性亚时 ,Bla ke 亚时 114,108 ka与 H极性时的正极性亚时与 B r un he s 正极性时的负极 ?段底部相对应 ,相当于氧同位素 5 期底界 ,Bla ke性亚时为气候变暖期相一致 。 1,Bla ke 3 亚时与 H ?段相对应 ,相当于氧同位素Mat uyama/ Gauss 古 地 磁 极 界 限 与 Brunhes/ 5 期 。H ?段为海侵层 ,为气候变暖期 。M ungo 亚 Mat uyama 古地磁极界限 ,为气候变冷期开始 ,其直 () () 时 20,30 ka与 H ?段相对应 , H ?段为海侵层 , 接原因是由于青藏高原强烈隆升 2. 6 Ma ,0. 78 Ma ( ) 2:156,168 . 导致古冬季风增强引起的 ,而青藏高原隆升是地球 孙继敏 ,刘东生. 洛川黄土地层的再划分及其 L 、L 古环境 9 15 [ 5 ] 内部核幔环流运动的结果 ,核幔环流变化必然会引 ( ) 意义的新解释[J ] . 第四纪研究 ,2002 ,22 5:406,411 . 丁仲[ 17 ,19 ] ( ) 礼 ,刘东生. 中国黄土研究新近展 一黄土地层 [ J ] . 第 四纪起古地磁场的变化。Mat uyama 反极性时的正 [ 6 ] ( ) 研究 ,1989 ,9 1:1,9 . 极性亚时与 Brunhes 正极性时的负极性亚时气候变 杨子庚 ,林和茂. 中国第四纪地层与国际对比 [ M ] . 北京 : 地 质出版社 , 1996 . 暖 ,正是在第四纪与中晚更新世气候全面变冷背景 [ 7 ] 刘秀铭 ,刘东生 , Heller F ,等. 中国黄土磁化率与第四纪古气 下受古地磁极倒转等因素影响引起的气候波动 。 ) ( 候研究[J ] . 地质科学 ,1992 ,27 增刊:279,285 . [ 8 ] 朱日祥 ,岳乐帄 ,白立新. 中国第四纪古地磁学研究进展 [ J ] . ( ) 第四纪研究 ,1995 ,15 2:162,173 . 5 结语 [ 9 ] 孙建中 , 赵景波. 黄土高原第四纪 [ M ] . 北京 : 科学出版社 , 1991 . 中国北方第四纪黄土 、泥河湾盆地 、黄海陆架磁 [ 10 ] 岳乐帄 ,屈红军 ,雷祥义. 靖远黄土剖面的磁性地层学初步研 ( ) 究[J ] . 第四纪研究 ,1991 ,11 4:349,353 . 性地层记录的古地磁极倒转与气候变化之间的关系 石建省 ,李铮华 ,魏明建 ,等. 黄土与古气候演化 [ M ] . 北京 : [ 11 ] 表明 ,第四纪古地磁极倒转与气候变化有着一定的 地质出版社 , 1998 . 岳乐帄. 蓝田段家坡黄土剖面磁性地层学研究 [ J ] . 地质论 耦合关系 。Mat uyama/ Gauss 古地磁极界限及 Brun2 [ 12 ] ( ) 评 ,1989 ,35 5:188,192 . hes / Mat uyama 古地磁界限与第四纪气候全面变冷 葛同明 ,樊利民 ,刘坚. 安比拉事件在中国存在的证据 [ J ] . 地 ( ) 相对 应 ; Mat uyama 负 极 性 时 中 的 正 极 性 亚 时 及 质学报 ,1992 ,66 2:381,389 . [ 13 ] 葛同明 ,樊利民 ,徐行 ,等. 渭南市阎村 W7 孔岩心样品的古地 Brunhes 正极性时中的负极性亚时与第四纪气候变 () 磁学研究[J ] . 海洋地质与第四纪地质 ,1991 ,11 4:37,44. 葛[ 14 ] 暖期相一致 。第四纪古地磁极倒转可能是第四纪气 同明. 洛川黄土沉积层的磁性地层学研究 [ J ] . 海洋地质与 第 ( ) 四纪地质 ,1984 ,4 1: 59,72 . 候冷暖波动变化的主要驱动因素之一 。因而 ,中国 [ 15 ] 朱日 祥 , 吴汉宁 , 黄宝春 , 等. Bla ke 亚 时及 其 形 态 学 研 究 北方第四纪气候冷暖波动是受全球冰量变化 、古冬 ( ) [J ] . 地球物理学报 , 1993 ,36 5:589,599 . 朱日祥 ,刘青松 ,潘永信. 地磁极性倒转与全球性地质事件的 夏季风强弱变化及古地磁极倒转等综合作用结果 。[ 16 ] ( ) 相关性[J ] . 科学通报 ,1999 ,44 15: 1582,1589 . 李秉成. 黄土高原古植被与再造山川秀美 [ J ] . 地球科学与环 [ 参 考 文 献 ] [ 17 ] ( ) 境学报 ,2004 ,26 1:85,88 . [ 1 ] Willia ms M A J , Dunkerley D L , Deck ker P D ,等. 第四纪环 境[ M ] . 刘东生编译. 北京 :科学出版社 , 1997 . [ 18 ] 岳乐帄 ,薛祥熙. 中国黄土古地磁学 [ M ] . 北京 : 地质出版社 , [ 2 ] 1996 . [ 19 ] 夏正楷. 第四纪环境学[ M ] . 北京 : 北京大学出版社 , 2000 . [ 3 ] 安芷生 ,刘东生. 洛川黄土地层学 [ J ] . 第四纪研究 , 1989 , 9 [ 4 ] Coupl ing of paleomagnetic polarity reverse with cl imat ic change recoded by magnetostratigra phy in Northern China during Quaternary 1 ,2 1Z H EN G Guo2zha ng, YU E L e2pi ng ( 1 . De p a rt ment o f Geol o g y , N ort h w est U ni ve rsi t y , X i’an 710069 , Chi na ; 2 . S c hool o f )U rban an d Env i ron ment S cience , S h an x i N or m al U ni ve rsi t y , L i n f en 041004 , Chi na Abstract : This paper analyzed t he relatio nship between paleomagnetic polarit y reverse and climatic change recoded by magne2 to st ratigrap hy of loess , Nihewan Basin and Yellow Sea shelf in Nort hern China during Quaternary by paleomagnetism. The sdudy indicate t hat t he co upling exist s in between paleomagnetic polarit y reverse and climatic change during Quaternary : Mat uyama/ Gauss polarit y t ransitio n and Brunhes / Mat uyama polarit y t ransitio n correspond wit h climatic chill period during Quaternary. No rmal polar2 it y subchro n of Mat uyama reverse polarit y chron and reverse polarit y subchro n of Brunhes no rmal polarit y chron co rrespond wit h cli2 matic warm period. Therefo re , paleomagnetic polarit y reverse of Quaternary may be one of t he main driving facto rs. Key words :Q uater na r y ; magneto st ratigrap hy ; paleo magnetic pola rit y rever se ; climatic cha nge ; No rt her n China [ 英文审定 :马致远 ]