腾格里沙漠西南缘土门剖面微量元素记录的MIS3高分辨率季风环境变化

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00019

摘要/Abstract

摘要：

对位于腾格里沙漠西南边缘的土门剖面中时代为MIS3的TMS3层段进行序列分析与¹⁴C和释光测年，并在此基础上对沉积层进行系统的微量元素地球化学分析。结果表明：TMS3是由沙丘砂与其他5类沉积相（黄土状亚砂土、砂黄土、湖沼相、水成黄土和古土壤）构成的相互叠覆的沉积，形成14.5个“沉积旋回”。TMS3微量元素Mn、P、Sr、Rb、V、Zn、Cr、Ni、Cu和Nb在沙丘砂中含量低，在其他5类沉积相中含量高；Rb/Sr比值则呈现相反的变化趋势。在剖面上，随着沙丘砂与这5类沉积相的交替，元素含量、Rb/Sr比值表现出明显的峰（高值）谷（低值）波动，并形成基本上与沉积旋回数量一致的“元素旋回”——ECY1—ECY14.5。该层段14.5个元素旋回揭示了相同数量的腾格里沙漠东亚冬夏季风演变的“旋回”——MCY1—14.5，包括14次冬季风事件和15次夏季风事件，每个季风旋回的持续时间平均约2.48 ka；TMS3元素记录的15次夏季风事件与GRIP冰芯和葫芦洞石笋MIS3-δ¹⁸O曲线的间冰阶具有相同的发生次数，也与邻近的古浪黄土MIS3中的间冰阶可以进行很好的对比。土门剖面TMS3的地球化学迁聚行为和沉积相，在一定意义上诠释了MIS3北半球冷暖波动——腾格里沙漠东亚冬夏季风环境变化的响应过程。

关键词: MIS3, 腾格里沙漠, 微量元素, Rb/Sr比值, 东亚季风, 千年尺度气候变率

Abstract:

The TMS3 segment in the Tumen section， equivalent to the MIS3， is located at the southwest margin of the Tengger Desert. Based on the sedimentary sequences analysis and ¹⁴C and OSL dating ages， geochemical trace elements were analyzed. The study shows that TMS3 segment consists of interbedding stratigraphic sequences of dune sands with loess-like subsoil， sandy loess， lacustrine facies， alluvial loess， or paleosols， forming 14.5 sedimentary cycles. The contents of trace elements Mn， P， Sr， Rb， V， Zn， Cr， Ni， Cu， Nb are low in dune sands， but high in other 5 sedimentary facies in the TMS3， and the ratios of Rb/Sr display reversed tendency， which show obvious element contents and Rb/Sr ratios alternation with low values and high peaks between dune sands and other 5 sedimentary facies， indicating 14.5 elemental cycles ECY1-ECY14.5， which are consistent with sedimentary cycles. It suggests that 14.5 element cycles in the TMS3 represent 14.5 monsoonal cycles （MCY1—14.5） in the alternation of East Asian winter and summer monsoons during the MIS3， including 14 times of winter monsoons and 15 times of summer monsoons， and average time duration of each monsoon cycle is 2.48ka. 15 summer monsoon events recorded by trace elements in the TMS3 correspond well to the stadials revealed in the ice core of the GRIP and by δ¹⁸O in Huludong Cave， as well as those found in the adjacent area in the loess in Gulang during the MIS3. The geochemical migration and accumulation and sedimentary facies in the TMS3， to some extent， illustrate East Asian winter and summer monsoon environment changes in the Tengger Desert in response to the cold-warm climate fluctuations in the Northern Hemisphere during the MIS3.

Key words: MIS3, Tengger Desert, trace elements, Rb/Sr ratios, East Asian monsoon, Millennium scale climate variability

中图分类号:

P532

陈敏, 李保生, 王丰年, 牛东风, 温小浩, 舒培仙, 司月君, 杨庆江, 王晨. 腾格里沙漠西南缘土门剖面微量元素记录的MIS3高分辨率季风环境变化[J]. 中国沙漠, 2022, 42(4): 253-263.

Min Chen, Baosheng Li, Fengnian Wang, Dongfeng Niu, Xiaohao Wen, Peixian Shu, Yuejun Si, Qinjiang Yang, Chen Wang. High-resolution monsoonal environment change in MIS3 based on trace elements in the Tumen Section on the southweest edge of Tegger Desert[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(4): 253-263.

图/表 11

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层序	深度/m	实验室编号	δ¹³C/‰	¹⁴C年代/a	测年材料	日历年代/a(±2σ误差）
64Al	12.64	Beta-365692	-20.40	19 050±80	有机质	22 490±310
66S	13.46	Beta-365693	-21.00	23 750±100	有机质	27 820±200
68Ld	13.74	Beta-365694	-20.10	25 550±130	有机质	29 740±440
84Ls	16.07	Beta-365695	-21.00	19 430±80	有机质	23 370±290

层序	深度/m	实验室编号	δ¹³C/‰	¹⁴C年代/a	测年材料	日历年代/a(±2σ误差）
64Al	12.64	Beta-365692	-20.40	19 050±80	有机质	22 490±310
66S	13.46	Beta-365693	-21.00	23 750±100	有机质	27 820±200
68Ld	13.74	Beta-365694	-20.10	25 550±130	有机质	29 740±440
84Ls	16.07	Beta-365695	-21.00	19 430±80	有机质	23 370±290

采样层号（实验室编号）	深度 /m	U/10^-6	Th/10^-6	K/%	等效剂量 E.D/Gy	年剂量 /mGy	含水量 /%	年龄 /a	实验方法
68Ld（TGD813）	13.74	2.07±0.10	9.97±0.20	1.97±0.016	102.00±9.90	3.47±0.10	5	29 400±2 900	TL
69D（TGD821）	13.96	2.12±0.11	14.72±0.30	1.90±0.015	118.00±11.21	3.81±0.11	5	31 000±2 900	TL
70L（TGD814）	14.09	1.61±0.08	14.73±0.30	1.88±0.015	147.90±11.00	4.58±0.14	8	32 100±3 000	TL
76L（TGD796）	14.80	1.12±0.06	16.12±0.32	2.34±0.019	159.60±12.00	4.19±0.13	10	38 100±3 800	TL
82LD（14G-453）	15.70	2.18±0.09	8.98±0.26	1.70±0.06	154.21±1.04	3.37±0.13	5	45 700±1 900	OSL
95D（14G-454）	17.51	1.92±0.08	7.69±0.23	1.76±0.06	197.16±3.11	3.20±0.13	5	61 500±2 600	OSL

采样层号（实验室编号）	深度 /m	U/10^-6	Th/10^-6	K/%	等效剂量 E.D/Gy	年剂量 /mGy	含水量 /%	年龄 /a	实验方法
68Ld（TGD813）	13.74	2.07±0.10	9.97±0.20	1.97±0.016	102.00±9.90	3.47±0.10	5	29 400±2 900	TL
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95D（14G-454）	17.51	1.92±0.08	7.69±0.23	1.76±0.06	197.16±3.11	3.20±0.13	5	61 500±2 600	OSL

元素/比值		沉积相
元素/比值		TMS 3层段	沙丘砂	黄土状亚砂土	砂黄土	古土壤	湖相	水成黄土
Mn	范围	301—702	301—471	470—584	502—565	503—569	524—702	522—676
Mn	平均值	502	377	522	536	528	608	561
P	范围	250—561	250—435	451—546	485—542	487—554	501—561	492—541
P	平均值	406	311	493	515	516	538	525
Sr	范围	130—268	130—217	194—232	204—255	188—247	202—268	198—233
Sr	平均值	199	174	206	222	210	229	210
Rb	范围	79—116	79—89	82—91	84—95	84—93	87—114	88—116
Rb	平均值	88	82	88	89	87	97	94
V	范围	39—94	39—68	60—77	58—77	54—73	57—94	56—80
V	平均值	66	52	65	68	62	73	71
Cr	范围	36—86	36—59	61—77	63—78	69—77	62—86	64—82
Cr	平均值	64	47	68	68	72	72	73
Zn	范围	31—98	31—45	48—68	51—60	47—66	54—98	51—77
Zn	平均值	61	36	57	55	53	66	57
Ni	范围	16—47	16—27	27—32	26—34	27—34	28—47	29—40
Ni	平均值	31	22	29	31	30	35	32
Cu	范围	10—32	10—20	17—21	17—20	17—21	18—32	16—31
Cu	平均值	21	13	19	18	18	23	20
Nb	范围	7—13	7—11	10—13	9.5—12	11—12	11—13	11—13
Nb	平均值	10	8.8	11	11	11.3	12	12
Rb/Sr	范围	0.35—0.61	0.39—0.61	0.37—0.46	0.35—0.44	0.38—0.45	0.40—0.47	0.41—0.51
Rb/Sr	平均值	0.45	0.47	0.43	0.40	0.42	0.42	0.45