中新世以来奄美三角盆地的风尘记录及其对构造尺度东亚古气候的指示

The study on eolian dust in the sediment of Amami Sankaku Basin is useful to reconstruct the formation and evolution of atmospheric circulation system (East Asian Monsoon and prevailing westerly) and aridity history of East Asia continent. This proposal is designed to study the eolian dust record in an Advanced Piston Core U1438B recovered from Amami Sankaku Basin during IODP expedition 351. Multi-proxies (e.g. grain size, clay minerals, quartz, Sr and Nd isotope compositions) in the detrital sediment will be used to identify eolian dust signature and to trace dust source area since Miocene. The indicators of paleoclimate for Eat Asia will be obtained based on the study of multi-proxies. By comparing the dust record in APC core U1438B with the eolian record in East Asia continent and central North Pacific, we will try to clarify the onset and evolution East Asia Monsoon and westerly since Miocene. Two different methods (Weibull function of grain size distribution and two end-member mixing model of Sr isotope) will be used to separate eolian dust from volcanic materials quantatively, and to obtain the reliable dust flux which can be compared with local and global dust flux. By comparing the variation of dust flux in Amami Sankaku Basin with that in East Asia continent and central north Pacific, we try to disclose the aridity history of East Asia continent. According to the coupling on tectonic time-scale between the dust records and the significant tectonic events (e.g. global cooling, the formation of ice sheet, the uplift of Tibetan Plateau) since Miocene, the constrained mechanism of paleoclimate of East Asia will be studied.

奄美三角盆地风尘记录的研究，对于揭示东亚大陆季风和西风环流，以及干旱气候的形成和演化具有重要意义。本项目拟使用IODP 351航次采集的高质量岩芯U1438B孔沉积物，通过多种物源示踪指标（如：粒度、粘土矿物、石英、Sr和Nd同位素等）的综合分析，以及和可能源区的对比研究，识别奄美三角盆地中新世以来风尘组分和判别风尘源区，提取具有西风和季风指示意义的指标。通过与东亚大陆和北太平洋风尘的对比研究，揭示中新世以来大气环流的形成和演化；通过U1438B孔碎屑组分粒度分布函数和Sr同位素端元混合模型研究，获得奄美三角盆地中新世以来可供区域和全球对比的可靠风尘通量。依据风尘通量的变化规律与陆地风尘和北太平洋风尘通量开展对比研究，揭示东亚大陆中新世以来的干旱历史。通过构造尺度风尘古气候记录的变化，与中新世以来全球变冷，两极冰盖发育，青藏高原隆升等重大地质事件的对比研究，探讨东亚大陆古气候演化机制。

中新世以来亚洲大陆经历了阶段性气候变化，但是对其演化规律和形成机制还存在不同的认识，奄美三角盆地连续的风尘记录为开展相关研究提供了很好的机遇。本项目以奄美三角盆地的U1438孔沉积物为主要研究对象，结合可能源区（如亚洲大陆、冲绳海槽、帕里西-维拉海盆等）沉积物的对比研究，开展了风尘信号和源区识别、风尘含量和通量变化规律及其对亚洲大陆干旱的指示和驱动机制，以及西风和东亚季风的信号识别和长期演化等方面的研究。多种物源示踪指标（如：黏土矿物、Sr和Nd同位素、石英的氧同位素和结晶度等）的综合研究表明，奄美三角盆地的碎屑沉积物主要由火山岛弧物质和亚洲大陆风尘物质（中国中西部沙漠和黄土）组成；黏土矿物中伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘；石英主要来源于中国中西部沙漠和蒙古戈壁。中新世以来，亚洲风尘来源的黏土矿物（伊利石和绿泥石）的含量、（伊利石+绿泥石）/蒙皂石比值、石英的含量和通量、以及细粒端元和中粒端元石英的通量变化一致，表现为中中新世晚期（约14.3Ma）以来长期增加，以及7.6Ma和3.0Ma以来的阶段性增加，并且对亚洲大陆干旱具有明显的响应。这些变化与东南极冰盖、西南极冰盖和北半球冰盖的建立在时间上藕合，并且与深海氧同位素记录的中新世全球气候的长期和阶段性变冷一致，但是滞后于青藏高原隆升的时间，表明全球变冷是控制亚洲大陆干旱、导致风尘物质向奄美三角盆地输入增加的主导因素。对不同粒级端元石英的研究表明，细粒端元石英主要来源于中国中西部沙漠，其众数粒径在14.3Ma和7.6Ma明显增加，指示了盛行西风的增强；中粒端元的石英主要来源于蒙古戈壁，其众数粒径指示东亚季风在10Ma开始增加，并在7.6Ma和3.0Ma开始明显增加。14.3Ma西风增强和3.0Ma东亚冬季风的增强主要受全球变冷驱动，而西风和东亚季风在7.6Ma同时增强，主要原因是青藏高原的隆升。这项研究不仅提供了可供全球对比的风尘通量，而且对于长时间尺度亚洲古气候变化驱动机制提供了证据。