第四纪以来亚洲风尘和火山物质输入西北太平洋的制约机制

Asian dust and island-arc volcanic material are two major components in the northwestern Pacific. Both of them not only record the regional and global climate change, but also play important roles on the climate change. Therefore, the study on the provenance, transport and constraint mechanism of both components are very meaningful. This proposal is designed to analyze several high-quality sediment sections in different latitude of northwestern Pacific (e.g. Amami Sankaku Basin, Parcec Vela Basin and western Philippine Sea Basin). The orbital time-scale age model will be reconstruct based on astronomically tuned time scale combined with comprehensive comparison of stratigraphy. Radiogenic Sr and Nd isotopes, grain size composition, clay minerals, and quartz etc. will be used to address the source region identification of Asian dust and volcanic materials. The two components will be quantitatively separated by using a two end-member model of Sr isotope and Weibull function fitting of grain size component respectively. The calculated mass accumulation rate of Asian dust and volcanic material will be used to reconstruct the aridity history of Asian continent, and the paleoclimate history of the Pacific island arcs. Weibull function fitting will be used to separate the different grain size composition of quartz, and the calculated content and mass accumulation rate of quartz will be used to reveal the evolution of the westerly and East Asian monsoon. Based on above studies, the constraint mechanism of Asian dust and volcanic materials input in the northwestern Pacific will be revealed. This study can not only be used to reconstruct the Quaternary paleoclimate of Asian continent and the Pacific island arcs, but also provide more clues on the driving mechanism of paleoclimate evolution since Quaternary.

亚洲风尘和岛弧火山物质是西北太平洋主要沉积组分，二者不仅是区域和全球古气候的载体，而且在气候变化中发挥重要作用，因此研究其来源、输运机制和控制因素具有重要意义。项目选取西北太平洋不同纬度深海盆地中的高质量岩芯，通过综合地层对比和天文调谐，建立第四纪以来轨道尺度的年代地层框架；通过Sr、Nd同位素、粒度、黏土矿物和石英等多示踪指标，揭示风尘和火山物质的源区；通过Sr同位素二端元混合模型和粒度分布函数定量分离风尘和火山物质，获得轨道尺度的风尘和火山物质通量，在此基上研究第四纪以来亚洲大陆的干旱历史和太平洋岛弧的古气候演化。通过石英的粒度分布函数，获得不同粒级石英的含量和通量，在此基础上探讨东亚季风和西风的演化模式。通过上述研究，揭示第四纪以来亚洲风尘和火山物质输入西北太平洋的制约机制。该项研究不仅可用于重建东亚大陆和太平洋岛弧的古气候，而且可以为第四纪以来重大气候变化的驱动机制提供更多的线索。

西北太平洋沉积的陆源风尘与火山岛弧物质是记录第四纪古气候变化的重要载体，但是对于其源区、输入变化和制约因素、以及在气候变化中的作用等还缺乏系统研究。本研究在西北太平洋不同区域选取了多个第四纪以来的沉积岩心，通过碎屑组分中的黏土矿物、石英、粒度组成，以及放射性成因Sr-Nd同位素特征，开展了物源示踪研究。研究结果表明，众数粒径为3μm左右的碎屑组分和石英主要来源于中国中西部沙漠和蒙古戈壁。通过对奄美三角盆地U1438孔高分辨率的物理参数（如红度、GRA）的研究，发现早更新世U1438孔高分辨率风尘记录具有明显的405kyr周期，与中国干旱区风尘记录和低纬过程类似，我们认为长偏心率驱动的热带过程驱动亚洲风尘向西北太平洋的输入变化。运用Sr同位素二端元混合模型和Weibull分布函数，定量分离了帕里西-维拉海盆的亚洲风尘和火山物质，并重建了2.1 Ma以来亚洲风尘的堆积速率。结果表明，自中更新世以来风尘通量明显增加，与亚洲内陆黄土堆积速率的变化一致，表明风尘沉积敏感地响应了中更新世亚洲内陆的干旱以及全球气候的转型。偏心率和斜率低值，触发了中更新世冰量的增加，并导致东亚大陆的干旱，以及风尘输入的增加，而风尘输入的正反馈机制导致中更新世风尘输入的进一步增加。通过菲律宾海多个沉积岩心中火山玻璃和碎屑沉组分的元素和Sr、Nd同位素的研究，分析了火山玻璃的来源，以及碎屑物质输入的控制因素。结果表明，菲律宾海火山灰层中的褐色火山玻璃来源于吕宋岛Maccolod Corridor的Taal和Laguna Caldera火山口；无色火山玻璃主要来源于比科尔岛弧的Irosin Caldera火山口。西菲律宾海比科尔岛架150 ka以来碎屑沉积物主要来源于菲律宾岛弧，碎屑堆积速率在冰期低海平面时期明显增加，因此海平面变化是控制吕宋岛碎屑物质向比科尔岛架输入的主要因素。上述研究对于进一步深入认识第四纪气候变化的驱动机制，并为区域和全球“源-汇”过程研究提供了更多依据。