北方海岸带黄土-古土壤序列的高分辨率释光测年、地球化学物源示踪及古环境意义

The Miaodao Archipelago and the hilly coastal zone in Penglai have a loess-paleosol sequence with special sedimentary characteristics. According to the characteristics of grain-size distribution and the occurrence of foraminiferal fossils, the hypothesis of desertification of the continental shelf was put forward. On the basis of this hypothesis, the dust accumulation rate of the Bohai coastal zone should be strictly controlled by the global or regional sea-level change, especially in the Last Glacial Maximum should have the maximum deposition rate and coarsest texture. Conversely, in the MIS1 and MIS5e with the extremely high sea level should have a hiatus. However, due to the lack of a high-resolution luminescence dating, this genetic hypothesis has not yet been tested by the dust accumulation rate. In addition, because the mineral dust particles generated from Asian inland can put as far as to the North Pacific via the long-distance transmission, the contribution of the dust to the loess-paleosol sequence from the Asian inland has not been confirmed by the geochemical tracer study. Therefore, to further explore the genetic mechanism of the coastal loess-paleosol sequence and the provenance of the mineral dust, this proposed project will use the the high-resolution optically stimulated luminescence (OSL) dating to reconstruct the dust accumulation rate of the Bohai Strait since the late Pleistocene, and then use the major elements, trace elements, rare earth elements and the Nd-Sr isotopic signatures of the fine particle fraction (<20μm) to trace the provenance of the eolian dust in this loess-paleosol sequence. Moreover, it could provide the high-quality data for the sets of global paleodust record, so as to fill the regional blank.

庙岛群岛和蓬莱沿海丘陵分布着一种特殊的海岸带黄土-古土壤序列，前人根据其粒度特征和海相有孔虫化石产出，提出了陆架沙漠化成因假说。如果按照该假说，海岸带黄土-古土壤序列的粉尘堆积速率变化应主要受控于全球或区域海平面变化，特别是在末次盛冰期应该具有最大的沉积速率和最粗的粒度特征，而在极端高海面的MIS1和MIS5e应产生沉积间断。然而，由于缺乏高分辨释光测年，这种成因假说尚未得到沉积速率检验。此外，由于亚洲内陆粉尘可以长距离传输远至北太平洋，海岸带黄土-古土壤序列是否存在内陆远源粉尘物质贡献尚未得到地球化学物源示踪研究的证实。为此，本项目首先利用高分辨释光测年方法来重建晚更新世以来渤海海峡的粉尘堆积速率，然后运用细颗粒组分（<20μm）的常量元素、微量元素、稀土元素和硅酸盐Nd-Sr同位素进行物源示踪，来深入探讨海岸带黄土-古土壤序列的成因机制和物质来源，并为全球古粉尘数据集贡献高质量的数据。

本项目利用高分辨的释光测年方法重建了晚更新世以来北方海岸带地区的粉尘堆积速率，并运用分粒级硅酸盐组分的Nd-Sr同位素进行物源示踪，深入探讨了海岸带黄土-古土壤序列的成因机制和物质来源。主要取得的成果包括以下两个方面：①首先对山东半岛的蓬莱和砣矶岛两个黄土剖面进行了高分辨率的石英光释光和钾长石pIRIR290测年，两种测年结果之间的对比表明，两者在大约100 ka前具有很好的一致性；其后，由于信号饱和，石英光释光年代系统的低估地层年代。而钾长石pIRIR290年代随着地层顺序增加到约200 ka，与预估年龄具有一致性。这证明pIRIR290测年可以获得区域黄土倒数第二次冰期以来可靠释光年龄。基于高分辨率独立年代学，我们发现山东海岸带黄土沉积在过去200 ka以来，主要呈现间断沉积，黄土的沉积间断与海平面变化密切相关，这为“陆架沙漠化”假说提供了沉积过程证据。②分粒级的硅酸盐组的Sr-Nd 同位素分析表明，山东海岸带<70 μm的黄土以近源输入为主，很可能是中更新世气候转型（MPT）期间全球变冷，极地冰盖体积增大导致全球海平面降低，导致大范围的陆架暴露于地表，经过此时增强的冬季风吹蚀，形成的粉尘颗粒在其下风方向的基岩海岸和海岛上沉积形成黄土堆积。而>70 μm的组分主要是当地基岩风化的产物。本研究为前人的陆架沙漠化概念模式提供了地球化学证据，揭示了海岸带黄土堆积的近源性，远源传输物质对于海岸带黄土沉积的贡献很小。. 通过本项目的研究，项目组已经在北方海岸带黄土-古土壤序列的年代学和物源研究方面取得了重要进展，形成了自己的研究特色并受到一些国内外同行的正面积极评价。三年来课题组在国内外专业学术SCI 刊物发表了5 篇原创性的重要成果，共支持发表SCI 论文5篇，包括4篇中科院SCI 期刊分区一区论文《Quaternary Science Reviews》、《Global and Planetary Change》、《CATENA》、《Environmental Science and Technology》、1篇二区论文《European Journal of Soil Science》。