汉江上游晚更新世以来气候演变特征:来自朱家村剖面土壤地球化学的证据

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.056

摘要/Abstract

摘要：

第四纪处于气候的快速波动期,黄土记录了丰富的古气候信息。为探讨汉江上游地区晚更新世以来气候变化过程,对汉江上游洋县境内汉江Ⅰ级河流阶地朱家村剖面沉积特征、常量元素分布、地球化学参数及形成时代进行研究。结果表明:汉江上游Ⅰ级河流阶地形成于50 ka BP前后;剖面由下到上具有典型黄土(L₁)→古土壤(S₀)→全新世黄土(L₀)→表层土(TS)的地层序列;剖面主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃,化学风化过程中Ca、Na元素迁移淋失程度较高,K、Mg元素迁移淋失程度相对较低;剖面化学风化程度呈现从典型黄土(L₁)→古土壤(S₀)逐渐增强,到全新世黄土(L₀)层又略降低的规律,记录了该区域气候在50~11 ka BP干燥寒冷,由11.00 ka BP开始逐渐增温增湿,2.50 ka BP到达最暖湿,2.50~0 ka BP持续降温变干的演变过程。研究成果可为我国北亚热带古气候重建提供数据参考。

关键词: 汉江上游, 沉积物, 常量元素, 化学风化, 气候变化, OSL年龄

Abstract:

The Quaternary is a period of rapid climatic fluctuations, and loess records abundant paleoclimatic information. To explore the process of climate change in the Upper Hanjiang River since the Late Pleistocene, this study investigated the sedimentary characteristics, distribution of major elements, geochemical parameters, and formation age of the Zhujia Village section, which is located on the first river terrace of the Hanjiang River in Yang County, upper reaches of the Hanjiang River. The results indicate that the first river terrace in the upper reaches of the Hanjiang River formed around 50 ka BP; the section has a typical stratigraphic sequence from bottom to top: loess (L₁)→paleosol (S₀)→Holocene loess (L₀)→topsoil (TS); the main chemical components of the section are SiO₂, Al₂O₃, and Fe₂O₃; during chemical weathering, Ca and Na elements are more strongly leached and migrated, while K and Mg elements are relatively weakly leached and migrated; the degree of chemical weathering in the section gradually increases from typical loess (L₁) to paleosol (S₀), and slightly decreases in the Holocene loess (L₀) layer, recording the regional climatic evolution process: dry and cold during 50~11 ka BP, gradually warming and wetting since 11.00 ka BP, reaching the warmest and wettest at 2.50 ka BP, and continuously cooling and drying during 2.50~0 ka BP. The research results can provide data reference for the reconstruction of paleoclimate in the northern subtropical zone of China.

Key words: Upper Hanjiang River, sediments, major elements, chemical weathering, climate change, OSL dating

中图分类号:

P532

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图/表 8

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样品编号	深度(cm)	U(10^-6)	Th(10^-6)	K(%)	环境剂量(Gy/ka)	等效剂量(Gy)	实测年龄(ka)
GSG-1	450~460	1.40±0.17	13.00±1.04	2.16±0.11	3.65±0.17	174.35±4.37	47.75±2.47
GSG-2	330~340	1.39±0.16	13.86±0.97	2.28±0.09	3.86±0.16	143.61±4.90	37.21±2.02
GSG-3	270~280	1.50±0.18	14.74±1.18	2.19±0.04	3.92±0.16	80.53±2.27	20.53±1.01
GSG-4	140~150	1.90±0.25	13.60±0.82	1.82±0.10	3.68±0.16	7.70±0.09	2.09±0.10

样品编号	深度(cm)	U(10^-6)	Th(10^-6)	K(%)	环境剂量(Gy/ka)	等效剂量(Gy)	实测年龄(ka)
GSG-1	450~460	1.40±0.17	13.00±1.04	2.16±0.11	3.65±0.17	174.35±4.37	47.75±2.47
GSG-2	330~340	1.39±0.16	13.86±0.97	2.28±0.09	3.86±0.16	143.61±4.90	37.21±2.02
GSG-3	270~280	1.50±0.18	14.74±1.18	2.19±0.04	3.92±0.16	80.53±2.27	20.53±1.01
GSG-4	140~150	1.90±0.25	13.60±0.82	1.82±0.10	3.68±0.16	7.70±0.09	2.09±0.10

样品编号	地层单元	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	P₂O₅	MnO
ZJC-1	TS	71.35	11.78	5.05	0.62	1.05	2.23	1.07	0.07	0.07
ZJC-2		72.59	11.95	3.64	0.56	1.00	2.38	1.13	0.06	0.04
ZJC-3		74.69	12.32	3.87	0.45	0.82	1.90	0.97	0.06	0.03
ZJC-4		70.14	13.15	5.55	0.52	0.95	2.22	0.99	0.13	0.04
ZJC-5	L₀	62.33	14.77	6.23	0.73	1.46	2.67	0.95	0.11	0.17
ZJC-6	L₀	63.34	14.99	5.96	0.73	1.44	2.52	0.96	0.11	0.12
ZJC-7	S₀	62.95	15.20	6.02	0.77	1.60	2.61	0.88	0.11	0.12
ZJC-8		63.28	15.07	5.90	0.77	1.62	2.63	0.89	0.12	0.12
ZJC-9		63.48	14.45	5.96	0.81	1.52	2.73	1.03	0.11	0.13
ZJC-10		64.40	15.08	5.75	0.74	1.56	2.51	0.88	0.11	0.12
ZJC-11	L₁	63.56	14.57	6.03	0.80	1.50	2.74	1.04	0.11	0.13
ZJC-12		63.90	14.43	5.93	0.79	1.47	2.68	1.00	0.11	0.12
ZJC-13		63.48	14.87	6.06	0.80	1.52	2.70	0.99	0.12	0.11
ZJC-14		64.48	14.53	5.90	0.83	1.46	2.66	0.99	0.11	0.09
ZJC-15		64.11	14.58	5.65	0.85	1.51	2.78	1.12	0.11	0.13
ZJC-16		64.72	14.18	5.78	0.85	1.40	2.69	1.07	0.10	0.14
ZJC-17		66.07	14.12	5.08	0.84	1.30	2.73	1.16	0.08	0.11
ZJC-18		67.45	14.75	5.19	0.70	1.15	2.29	0.97	0.08	0.11
ZJC-19		67.16	14.82	5.11	0.72	1.17	2.29	0.98	0.08	0.10
ZJC-20		66.13	14.87	5.43	0.73	1.25	2.33	0.95	0.08	0.11
ZJC-21		65.89	14.12	5.34	0.88	1.20	2.67	1.20	0.08	0.11
ZJC-22		66.03	14.82	5.50	0.86	1.19	2.48	1.15	0.09	0.09
ZJC-23		66.42	15.00	5.43	0.86	1.18	2.40	1.13	0.09	0.09
平均值		66.00	14.28	5.49	0.75	1.32	2.52	1.02	0.10	0.11
变异系数(CV)		0.02	0.02	0.06	0.07	0.11	0.06	0.10	0.15	0.16
上陆壳(UCC)^[33]		66.00	15.20	5.00	4.20	2.20	3.40	3.90	0.50	0.06

样品编号	地层单元	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	P₂O₅	MnO
ZJC-1	TS	71.35	11.78	5.05	0.62	1.05	2.23	1.07	0.07	0.07
ZJC-2		72.59	11.95	3.64	0.56	1.00	2.38	1.13	0.06	0.04
ZJC-3		74.69	12.32	3.87	0.45	0.82	1.90	0.97	0.06	0.03
ZJC-4		70.14	13.15	5.55	0.52	0.95	2.22	0.99	0.13	0.04
ZJC-5	L₀	62.33	14.77	6.23	0.73	1.46	2.67	0.95	0.11	0.17
ZJC-6	L₀	63.34	14.99	5.96	0.73	1.44	2.52	0.96	0.11	0.12
ZJC-7	S₀	62.95	15.20	6.02	0.77	1.60	2.61	0.88	0.11	0.12
ZJC-8		63.28	15.07	5.90	0.77	1.62	2.63	0.89	0.12	0.12
ZJC-9		63.48	14.45	5.96	0.81	1.52	2.73	1.03	0.11	0.13
ZJC-10		64.40	15.08	5.75	0.74	1.56	2.51	0.88	0.11	0.12
ZJC-11	L₁	63.56	14.57	6.03	0.80	1.50	2.74	1.04	0.11	0.13
ZJC-12		63.90	14.43	5.93	0.79	1.47	2.68	1.00	0.11	0.12
ZJC-13		63.48	14.87	6.06	0.80	1.52	2.70	0.99	0.12	0.11
ZJC-14		64.48	14.53	5.90	0.83	1.46	2.66	0.99	0.11	0.09
ZJC-15		64.11	14.58	5.65	0.85	1.51	2.78	1.12	0.11	0.13
ZJC-16		64.72	14.18	5.78	0.85	1.40	2.69	1.07	0.10	0.14
ZJC-17		66.07	14.12	5.08	0.84	1.30	2.73	1.16	0.08	0.11
ZJC-18		67.45	14.75	5.19	0.70	1.15	2.29	0.97	0.08	0.11
ZJC-19		67.16	14.82	5.11	0.72	1.17	2.29	0.98	0.08	0.10
ZJC-20		66.13	14.87	5.43	0.73	1.25	2.33	0.95	0.08	0.11
ZJC-21		65.89	14.12	5.34	0.88	1.20	2.67	1.20	0.08	0.11
ZJC-22		66.03	14.82	5.50	0.86	1.19	2.48	1.15	0.09	0.09
ZJC-23		66.42	15.00	5.43	0.86	1.18	2.40	1.13	0.09	0.09
平均值		66.00	14.28	5.49	0.75	1.32	2.52	1.02	0.10	0.11
变异系数(CV)		0.02	0.02	0.06	0.07	0.11	0.06	0.10	0.15	0.16
上陆壳(UCC)^[33]		66.00	15.20	5.00	4.20	2.20	3.40	3.90	0.50	0.06