黃丹青，楊利榮，李建星,，岳樂(lè)平，潘峰,，徐永，張余波

1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)系，西安 710069 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054

0 引言

黃土高原及周緣地區(qū)廣泛分布的黃土—古土壤序列及下伏紅黏土是反演古環(huán)境、古氣候演化的良好載體。經(jīng)數(shù)十年研究，基于磁性地層學(xué)的磁化率[1-5]、粒度[6-9]的精細(xì)研究，重建了晚新生代以來(lái)的氣候演化過(guò)程，并識(shí)別出14～10 Ma[10]、8 Ma[11-14]、3.6 Ma[15]及2.5 Ma[16-17]等若干重要?dú)夂蚴录?。粒度是風(fēng)成堆積的基本物理特性，是研究古氣候信息的重要指標(biāo)。對(duì)于黃土、紅黏土等風(fēng)成堆積物來(lái)說(shuō)，不同的粒度特征和粒度參數(shù)受控于物源或氣候搬運(yùn)模式，這是粒度用于反演古氣候演化的前提與基礎(chǔ)。Pyeetal.[18]研究顯示風(fēng)力的搬運(yùn)方式分為懸移、躍移和蠕移三種狀態(tài)，分別代表三種不同的沉積動(dòng)力，與三種粒徑相對(duì)應(yīng)。研究表明，風(fēng)成堆積物也并非是單—?jiǎng)恿ψ饔卯a(chǎn)物的事實(shí)，基于不同數(shù)學(xué)和風(fēng)動(dòng)力模型的粒度端元分解運(yùn)用而生，并得到廣泛應(yīng)用[19]。黃土高原的粒度主要反映了季風(fēng)和高空西風(fēng)的特征，Sunetal.[20]認(rèn)為自23 Ma以來(lái)，現(xiàn)今的古氣候格局已經(jīng)形成，西部主要受控于西風(fēng)，Panetal.[21]也證實(shí)了這—觀點(diǎn)。目前對(duì)反演低空西風(fēng)演化研究程度較低。近年來(lái)，對(duì)于紅黏土的研究不僅僅局限于黃土高原地區(qū)，在中國(guó)西部準(zhǔn)噶爾盆地、阿爾金地區(qū)也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)風(fēng)成堆積—紅黏土[20,22]。位于西風(fēng)區(qū)的阿爾金山彩虹溝剖面在古生物化石的約束之下已完成了磁性地層年代學(xué)，建立了13～2.6 Ma年代地層序列，時(shí)代為新近紀(jì)中中新世至上新世[22-23]。通過(guò)對(duì)阿爾金新近紀(jì)紅黏土磁化率研究表明，初步重建了西風(fēng)區(qū)中新世晚期—上新世以來(lái)的氣候演化過(guò)程，并識(shí)別出了12 Ma的干旱化增強(qiáng)事件[23]。這為中國(guó)西部地區(qū)區(qū)域古氣候研究提供了重要資料。但是目前關(guān)于西風(fēng)區(qū)詳細(xì)的古氣候信息研究仍不足，為了更好地提取古氣候和古環(huán)境記錄，本文利用阿爾金山新近紀(jì)紅黏土進(jìn)行粒度端元模型分析反演，進(jìn)—步討論新近紀(jì)以來(lái)阿爾金地區(qū)的古氣候演化歷史。

1 研究區(qū)概況

研究剖面位于青藏高原北緣阿爾金山索爾庫(kù)里盆地—帶，北鄰塔里木盆地，南接柴達(dá)木盆地[24](圖1)。根據(jù)前人完成的1∶25萬(wàn)巴什庫(kù)爾干幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查[25]可知，索爾庫(kù)里北盆地的新生代地層劃分為始新世溪水溝組(Nx)、新近紀(jì)彩虹溝組(NQc)、早—中更新世七個(gè)泉組(Qq)、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。而新近紀(jì)紅黏土剖面位于索爾庫(kù)里北盆地東部彩虹溝，彩虹溝剖面總厚度為94.2 m，上部為5.8 m的薄層狀泥巖，下部為88.4 m的紅黏土及鈣質(zhì)結(jié)核交互組成，自上而下可見(jiàn)40個(gè)厚度不同的旋回，其成壤作用較弱，鐵錳膠膜稀疏分布[23]。根據(jù)顏色及紅黏土與鈣質(zhì)結(jié)核的比例可將其分為兩個(gè)部分：上部主要以紅褐色黏土夾棕黃色鈣質(zhì)結(jié)核層為主(二者比例約為8∶1～10∶1)，部分鈣板層在走向上尖滅；下部主要由黃棕色黏土和灰色鈣質(zhì)結(jié)核層組成(4∶1～5∶1)[23]。已經(jīng)完成磁性地層學(xué)測(cè)試，同期采集的粒度分析樣品為20 cm間距采取。

2 研究方法

2.1 樣品處理與測(cè)試

所有粒度樣品在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試儀器為英國(guó)MALVERN儀器公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀，測(cè)量范圍為0.02～2 000 μm，重復(fù)測(cè)量誤差小于2%。紅黏土樣品在上機(jī)測(cè)試之前需進(jìn)行詳細(xì)的前處理。步驟如下：1)稱取適量的粉末樣品，放入100 mL的燒杯中；2)加入10%的雙氧水(H2O2)10 mL，放置在加熱板上加熱至完全反應(yīng)，主要目的是去除樣品中的有機(jī)質(zhì)；3)待燒杯溫度冷卻后，再加入10%鹽酸(HCl) 10 mL，搖勻后在加熱板上加熱煮沸使之反應(yīng)充分，以除去樣品中的碳酸鹽物質(zhì)；4)給反應(yīng)后的燒杯中加滿蒸餾水，靜置12 h以上，用吸管去除上部蒸餾水；5)最后在燒杯中加入10%分散劑(NaPO3)610 mL，將其放置于超聲波分散儀中震動(dòng)10 min，使其充分分散成最佳溶液，然后上機(jī)測(cè)量，最終得出粒度的各項(xiàng)指標(biāo)。

2.2 粒度分析方法

端元模型分析法最早由Weltje[26]提出認(rèn)為，沉積物粒度分布由不同沉積動(dòng)力決定。近年來(lái)，應(yīng)用粒度端元模型算法(End-Member Modeling algorithm)[27]進(jìn)行各個(gè)粒度組分的分解，該方法已被證明在分解具有復(fù)雜物源或沉積過(guò)程風(fēng)成堆積的粒度端元方面效果突出[24,28]，然后分別討論分解所得的各個(gè)端元組分所代表的古氣候演化過(guò)程。本次利用Patersonetal.[29]基于端元分析模型(End-Member Modeling)利用Matlab平臺(tái)開(kāi)發(fā)的程序AnalySize對(duì)彩虹溝紅黏土粒度433個(gè)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行端元分析。

圖1 研究區(qū)及鄰區(qū)概況圖Fig.1 Tectonic map of the study area and adjacent regions

3 端元分析結(jié)果

對(duì)彩虹溝粒度數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果(圖2a)顯示，它們的復(fù)相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.82、0.95、0.97、0.98、0.99。從對(duì)數(shù)據(jù)擬合的程度來(lái)看，粒度端元數(shù)為2時(shí)，擬合程度較好，能較好地代表粒度數(shù)據(jù)的總體特征，因此本文將選取3個(gè)端元對(duì)粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

根據(jù)擬合的粒度端元頻率分析(圖2b)，EM1、EM2呈單峰分布，接近正態(tài)分布，分選較好。EM2除主峰外還存在—個(gè)次峰。而EM3具有兩個(gè)峰值，細(xì)顆粒的峰值和EM1粒度范圍相似。端元1的峰值主要集中在1～10 μm，端元2的峰值主要集中在10～100 μm，端元3的峰值集中在1～10 μm和大于100 μm。根據(jù)圖2b和粒度的百分含量可知，EM1的眾數(shù)粒徑為5.2 μm，粒度百分含量在0～97.3%，平均值為47.9%，屬于極細(xì)粉砂；EM2的眾數(shù)粒徑為20 μm，粒度百分含量在0～82.8%之間，平均值為35%，屬于中粉砂，除主峰外，還存在—個(gè)次峰眾數(shù)粒徑為1.7 μm屬于黏土；另外，EM3的眾數(shù)粒徑57 μm屬粗粉砂，另—個(gè)主峰的眾數(shù)粒徑為2.8 μm，平均百分含量較低為17%。

4 討論

4.1 各端元的環(huán)境意義

已有研究表明，石英顆粒表面微結(jié)構(gòu)特征可分析討論沉積物的沉積環(huán)境、恢復(fù)古環(huán)境、確定古沉積相及其演變過(guò)程[30]。風(fēng)成黃土主要是大氣懸移狀態(tài)的粉塵堆積，石英顆粒之間接觸碰撞機(jī)會(huì)較少，因此，黃土中石英顆粒棱角多數(shù)較尖銳。前人通過(guò)對(duì)彩虹溝紅黏土石英顆粒微形態(tài)的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的石英顆粒有著棱角狀和次棱角狀的外形，大部分都呈現(xiàn)非常典型的刃狀和貝殼狀斷口，也可見(jiàn)到碟狀坑(圖3c)[22-23]，說(shuō)明粉塵顆粒在從遠(yuǎn)處搬運(yùn)過(guò)程中受到機(jī)械作用而產(chǎn)生痕跡。X衍射分析表明阿爾金新近紀(jì)紅黏土主要由石英、長(zhǎng)石、伊利石、伊蒙混層、白云石及少量高嶺石和綠泥石組成，與黃土高原石樓紅黏土較為—致(圖3d)[23]。洛川紅黏土巖石地球化學(xué)(氧化物)分析結(jié)果與阿爾金紅黏土平均值比值相比，直線斜率近于1，指示二者相似的地球化學(xué)組成(圖3e，f)[23]。阿爾金紅黏土稀土配分曲線以富集輕稀土元素和具有明顯的銪異常為特征，也與洛川風(fēng)成堆積相似(圖3g)[23]。

從新近紀(jì)紅黏土的粒度頻率曲線可見(jiàn)，粒度分布大部分呈雙峰分布，主峰位于10～40 μm之間。次峰分布的粒度范圍較大，有的位于2 μm左右，個(gè)別的較粗，次峰位于30 μm左右(圖4)。個(gè)別曲線偏向粗顆粒，曲線呈現(xiàn)出不對(duì)稱，在細(xì)顆粒—端呈現(xiàn)出長(zhǎng)尾巴狀，和黃土高原的黃土粒度頻率分布曲線相似。粒度分布由0.3～0.5 μm至40～100 μm分布，但集中在3～50 μm，和黃土高原紅黏土分布曲線相似。新近紀(jì)紅黏土粒度分布和黃土高原稍有區(qū)別，黃土高原紅黏土上部在0.3～1 μm粒度出現(xiàn)—個(gè)小的峰值，這些超細(xì)的顆粒主要由成土過(guò)程中膠體或者可溶物質(zhì)組成。彩虹溝粒度頻率分布曲線呈現(xiàn)出雙峰分布，粒徑集中在3～50 μm，粒度的分布范圍和分布形態(tài)和黃土高原的黃土—紅黏土非常相似，屬于典型風(fēng)成物質(zhì)的分布形態(tài)(3h,i)。

圖2 三個(gè)粒度端元頻率分布圖Fig.2 Sediment particle size analysis using the End-Member model

圖3 阿爾金彩虹溝剖面紅黏土沉積證據(jù)Fig.3 Altun Red clay depositional evidence

圖4 彩虹溝粒度頻率曲線Fig.4 Particle-size frequency distribution curves

中國(guó)風(fēng)塵沉積的粒度分布由粗粒組分和細(xì)粒組分組成，粗粒組分代表的是近距離低空搬運(yùn)的粉塵物質(zhì)，指示了粉塵源區(qū)和沉積區(qū)的干燥度；細(xì)粒組分可能代表的是高空西風(fēng)氣流搬運(yùn)的遠(yuǎn)源粉塵，指示了西風(fēng)帶控制的高空氣流強(qiáng)度[8]。

從端元1的頻率分布曲線上看(圖2b)，端元1與北太平洋西風(fēng)帶粉塵粒度分布[31]和中國(guó)黃土的細(xì)粒組分的粒度分布[8]具有—致性，眾數(shù)粒徑在2～6 μm之間，EM1細(xì)粒(眾數(shù)粒徑5.2 μm)粒度頻率分布與榆林L1細(xì)粒組分眾數(shù)粒徑4.2 μm、西峰L1細(xì)粒組分眾數(shù)粒徑5.7 μm、西峰紅黏土細(xì)粒組分眾數(shù)5.8 μm[8]粒度的分布特征相似。因此端元1可能代表的是高空西風(fēng)控制下遠(yuǎn)源背景下做懸移運(yùn)動(dòng)的粉塵物質(zhì)。

端元2與中國(guó)風(fēng)成黃土的粗粒組分[8]相似，呈負(fù)偏態(tài)非對(duì)稱分布，眾數(shù)粒徑在32～16 μm之間，EM2粗粒(眾數(shù)粒徑20 μm)與中國(guó)黃土西安L1粗粒組分21 μm和旬邑L1粗粒組分27.8 μm[8]相似，但是東部的風(fēng)成黃土粗粒組分主要受東亞冬季風(fēng)影響較大。由于阿爾金山位于青藏高原北部西風(fēng)區(qū)，中新世晚期，青藏高原北部的周緣山脈均發(fā)生了強(qiáng)烈的剝蝕隆升，如祁連山脈海拔已達(dá)到3 586 m[32]，阻礙了季風(fēng)的運(yùn)移通道，吹過(guò)來(lái)粉塵只能山前堆積，無(wú)法跨越高大山脈到達(dá)阿爾金地區(qū)，所以季風(fēng)無(wú)法影響到阿爾金地區(qū)，因此端元2可能代表的是低空西風(fēng)所搬運(yùn)的短距離做躍移粉塵物質(zhì)。

端元3為雙主峰分布，眾數(shù)粒徑57 μm和2.5 μm，與黃土雙峰分布[8]特征不同。Pye[33]總結(jié)出了普通塵暴事件中的顆粒各粒級(jí)的組分占主導(dǎo)的搬運(yùn)方式，搬運(yùn)高度及搬運(yùn)距離認(rèn)為：砂與粉砂級(jí)粗粒(70～500 μm)每次只能上升至幾米或幾厘米高度，做躍移運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)成砂；中粗粉砂和細(xì)砂(20～70 μm)在大氣幾百米范圍內(nèi)做短距離懸移運(yùn)動(dòng)，風(fēng)力降低時(shí)沉降下來(lái)形成了黃土的粗粒組分；細(xì)粉砂、極細(xì)粉砂和黏土(<20 μm)在上千公里的高空中做長(zhǎng)距離的懸移運(yùn)動(dòng)沉降下來(lái)形成黃土中細(xì)粒組分。因此端元3可能代表的是塵暴事件中風(fēng)動(dòng)力近源的變化強(qiáng)度，另—個(gè)峰值與端元1近似，總體反映了混合沉積的特點(diǎn)。出現(xiàn)的細(xì)粒級(jí)(2.5 μm)的主峰，也可能是細(xì)顆粒聚合體或者細(xì)顆粒附著在大顆粒上被強(qiáng)勁近地面風(fēng)搬運(yùn)[34]。

綜上端元1代表高空西風(fēng)控制下遠(yuǎn)源背景下做懸移運(yùn)動(dòng)的粉塵物質(zhì)；端元2代表低空西風(fēng)所搬運(yùn)的短距離做躍移粉塵物質(zhì)；端元3代表了塵暴事件中風(fēng)動(dòng)力近源的變化強(qiáng)度，反映了混合沉積特點(diǎn)。通過(guò)粒度端元隨年代變化曲線(圖5)，10.8～10.2 Ma以低空西風(fēng)為主，粗顆粒百分含量增加；8.0～6.0 Ma以近地表西風(fēng)為主，在8.0～6.0 Ma也可能出現(xiàn)了塵暴事件混合沉積；5.2～4.3 Ma粗粒組分緩慢增加，以低空西風(fēng)為主；3.6～2.5 Ma以低空西風(fēng)為主。

4.2 阿爾金地區(qū)13～2.6 Ma古氣候演化

10.8～10.2 Ma在彩虹溝紅黏土剖面，根據(jù)粒徑的大小和含量的變化反映風(fēng)動(dòng)力的大小和氣候的干濕變化。這—時(shí)期(圖5)端元1(細(xì)粒組分眾數(shù)粒徑5.2 μm)自10.8 Ma開(kāi)始細(xì)粒含量明顯減少，端元2(粗粒組分眾數(shù)粒徑20 μm)含量明顯持續(xù)增加，10.37 Ma左右端元2粗粒含量達(dá)到峰值(圖5)，揭示了該時(shí)間段阿爾金地區(qū)干旱化程度持續(xù)增強(qiáng)，粗細(xì)組分的增加指示了近地表風(fēng)力增強(qiáng)。中值粒徑也呈逐漸增加趨勢(shì)，變化介于6～23 μm，平均值為11.3 μm。在11.5～10.3 Ma該剖面的磁化率[23]突然下降，從23.16×10-8到8.78×10-8m3/kg與粗粒組分、中值粒徑變化相對(duì)應(yīng)(圖5)，指示了阿爾金地區(qū)干旱化出現(xiàn)。11 Ma阿爾金紅黏土的沉積速率增加主要是由于粗粒組分含量的增加所致，即具有較多的近源粉塵物質(zhì)加入。因此，可以推測(cè)亞洲內(nèi)陸干旱化可能始于11 Ma，阿爾金山周緣地區(qū)也出現(xiàn)類(lèi)似事件，如在柴達(dá)木盆地中的沉積物記錄中的碳氧同位素在12 Ma發(fā)生了偏移[35]和在盆地的西緣沉積物的地球化學(xué)指標(biāo)在11 Ma左右發(fā)生變化都被論證為亞洲內(nèi)陸干旱化事件[36]。臨夏盆地沉積物記錄中的碳氧同位素在13～11 Ma前后發(fā)生—次大的正偏移被解釋為干旱或高溫氣候事件[37]。準(zhǔn)葛爾盆地和塔里木盆地的碳氧同位素研究也有類(lèi)似事件發(fā)生[38-39]。相反，此時(shí)的黃土高原地區(qū)的古氣候指標(biāo)(粒度、磁化率等)較穩(wěn)定指示該時(shí)期當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓幻黠@[40-41]。

圖5 彩虹溝3個(gè)粒度端元隨年代變化分布與彩虹溝剖面平均粒徑和中值粒徑數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.5 Various contributions Courtrbution varaitious of each End-Member versus age(a,b,c)and comparison with mean and median size content variatious(d,e) from the Caihonggou section

8.0～6.0 Ma該段時(shí)期(圖5)端元1(細(xì)粒組分眾數(shù)粒徑5.2 μm)呈突然減小趨勢(shì)，端元2(粗粒組分眾數(shù)粒徑20 μm)整體呈逐漸增加的趨勢(shì)(個(gè)別樣品可能為異常值)，端元3呈突然增大趨勢(shì)，這可能暗示著該時(shí)期近距離低空風(fēng)搬運(yùn)的粉塵。中值粒徑早已經(jīng)被用于重建黃土高原冬季風(fēng)的替代性指標(biāo)[42]，同樣也適用于紅黏土之中。彩虹溝紅黏土的中值粒徑在8.0～6.0 Ma明顯的增大(圖5)，由于阿爾金處于西風(fēng)區(qū)，因此中值粒徑和粗粒組分的增大，可能指示的是低空風(fēng)的增強(qiáng)和內(nèi)陸干旱化顯著加強(qiáng)。同期，6.0～8.0 Ma中國(guó)東部黃土高原地區(qū)也出現(xiàn)大規(guī)模的風(fēng)成紅黏土堆積[43-45]。蘭州地區(qū)南山剖面約7.2 Ma風(fēng)成含量增加，6.5 Ma風(fēng)成含量進(jìn)—步增加[46]。臨夏盆地湖相地層中6.78 Ma左右碳酸鹽和氯離子含量的突變表明氣候快速變干[47]。Sunetal.[48]用高分辨率古地磁定年結(jié)合古生物地層法將塔克拉瑪干沙漠腹地出現(xiàn)的風(fēng)沙環(huán)境時(shí)代下延至7 Ma，并指出7 Ma前沙漠的形成可能與全球氣候變冷和青藏高原北緣的構(gòu)造隆升導(dǎo)致的雨影效應(yīng)有關(guān)。塔里木盆地在7.1～6.6 Ma沉積速率明顯增加[49]。Sunetal.[50]塔里木盆地北緣庫(kù)車(chē)前陸盆地研究發(fā)現(xiàn)，在7.0～5.3 Ma出現(xiàn)了—次干旱化事件，與地中海鹽度危機(jī)有關(guān)。7 Ma左右全球海洋海平面溫度降低被論證為大氣CO2含量降低，被認(rèn)為是7 Ma之后亞洲氣候變干[51-52]。從端元3可以看出(圖5)，粒度在8.0～6.0 Ma波動(dòng)較大。

5.2～4.3 Ma(圖5)端元1粒度含量呈突然減小趨勢(shì)，端元2粒度呈緩慢增加趨勢(shì)，中值粒徑也變化明顯呈增大趨勢(shì)，粗粒組分(20 μm)含量自5.2 Ma呈階梯式增大，指示了阿爾金地區(qū)晚新生代以來(lái)的干旱環(huán)境持續(xù)發(fā)展，中值粒徑的增大，指示著近地面風(fēng)力持續(xù)增強(qiáng)。4.8 Ma沉積速率突然增大，指示了5.2 Ma以來(lái)阿爾金地區(qū)的干旱環(huán)境。5.0 Ma左右塔里木盆地出現(xiàn)了—次干旱化加劇事件[50,53-54]。約4.5 Ma塔克拉瑪干沙漠沙層再次擴(kuò)大，經(jīng)歷4.5 Ma等多次間歇性擴(kuò)張，最終形成現(xiàn)今格局[5,55]，阿爾金新近紀(jì)晚期紅黏土就是在這種背景下堆積形成的。

3.6～2.8 Ma(圖5)端元1細(xì)粒組分(5.2 μm)含量整體上呈減小趨勢(shì)波動(dòng)較大，端元2粗粒(20 μm)含量波動(dòng)較大呈緩慢增加趨勢(shì)，中值粒徑也呈逐漸增加趨勢(shì)，粗粒百分含量增加指示了干旱化顯著，同時(shí)，風(fēng)成粒徑的增大指示了近地表風(fēng)動(dòng)力顯著增強(qiáng)。3.6～2.8 Ma阿爾金紅黏土的沉積速率持續(xù)增加，也可能指示了風(fēng)塵沉積區(qū)的干旱化程度加強(qiáng)。3.6～2.6 Ma海陸風(fēng)塵通量同步增大指示亞洲內(nèi)陸粉塵源區(qū)干燥度顯著加劇[56]。

4.3 內(nèi)陸干旱化可能的機(jī)制

在全球變冷變干的背景之下，中中新世以來(lái)，青藏高原的隆升在亞洲內(nèi)陸包括阿爾金、塔里木在內(nèi)的氣候環(huán)境演化中扮演重要角色，高原的隆升與東亞季風(fēng)和西風(fēng)環(huán)流有著密切關(guān)系(圖6)，根據(jù)上述對(duì)阿爾金彩虹溝組紅黏土的粒度組成特征，結(jié)合前人對(duì)其研究的進(jìn)展表明阿爾金地區(qū)13～2.6 Ma氣候演化經(jīng)歷了四個(gè)階段演化氣候變化波動(dòng)較大，內(nèi)陸干旱化發(fā)生時(shí)間可能為11 Ma左右。有證據(jù)表明，副特提斯海在晚始新世已經(jīng)退出了亞洲大陸[57-58]，已經(jīng)超出此研究時(shí)段。新生代全球氣候經(jīng)歷了—個(gè)MMCO，之后又經(jīng)歷了MMCT[59]，這次變化在磁化率中表現(xiàn)最為明顯，氣候從暖濕向冷干轉(zhuǎn)變。全球氣候轉(zhuǎn)冷減少了水汽循環(huán)、增大了海陸面積比并使內(nèi)陸冷干急流增強(qiáng)[60]，從背景尺度推動(dòng)內(nèi)陸干旱化的形成與發(fā)展。10.8～10.2 Ma端元2(粗粒組分)、中值粒徑、磁化率以及沉積物的顏色由深到淺中間還夾鈣質(zhì)結(jié)核，表明阿爾金地區(qū)的這種干旱化趨勢(shì)與全球降溫事件相對(duì)應(yīng)。8.0～6.0 Ma、5.2～4.3 Ma、3.6～2.8 Ma端元2(粗粒組分)、中值粒徑、沉積物的顏色變化頻繁表明在這三個(gè)時(shí)段內(nèi)陸干旱化都顯著增強(qiáng)與此時(shí)全球氧同位素含量持續(xù)上升，尤其是北極冰蓋的形成與擴(kuò)展[61]相互吻合。因此，可推斷控制阿爾金地區(qū)的干旱化的主導(dǎo)因素為全球變冷。另外，諸多地質(zhì)記錄與氣候模型顯示青藏高原的階段性隆升阻礙了水汽向亞洲內(nèi)陸輸送和致使了西風(fēng)帶發(fā)生明顯的季節(jié)性變化及全球冰量的顯著增加[62-66]。因此，13～2.6 Ma阿爾金地區(qū)干旱化進(jìn)程起主導(dǎo)因素的是全球變冷，青藏高原的階段性隆升起著推動(dòng)作用。

圖6 東亞季風(fēng)與西風(fēng)環(huán)流風(fēng)場(chǎng)分布圖Fig.6 East Asian monsoon and Westerly map

5 結(jié)論

(1) 阿爾金彩虹溝紅黏土粒度呈多組分疊加分布，與黃土高原黃土相似呈雙峰分布，整個(gè)剖面以黏土、極細(xì)粉砂、中粉砂和粉砂為主，砂粒的含量較少。通過(guò)對(duì)彩虹溝剖面粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分離得出3個(gè)端元分別代表3種風(fēng)動(dòng)力方式，分別為高空西風(fēng)、低空西風(fēng)和塵暴事件中風(fēng)動(dòng)力近源的變化強(qiáng)度反映混合沉積。

(2) 端元1代表高空西風(fēng)控制下遠(yuǎn)源背景下做懸移運(yùn)動(dòng)粉塵，端元1的峰值主要集中在1～10 μm，其主峰的眾數(shù)粒徑為5 μm；端元2的峰值集中在10～100 μm，其主峰的眾數(shù)粒徑為20 μm，也有少量較細(xì)的黏土存在0.85 μm，代表低空西風(fēng)所搬運(yùn)的短距離做躍移的粉塵物質(zhì)；端元3其主峰的眾數(shù)粒徑為57 μm，次主峰眾數(shù)粒徑為2.5 μm，代表了塵暴事件中風(fēng)動(dòng)力近源的變化強(qiáng)度，反映了混合沉積特點(diǎn)。10.8～10.2 Ma粗顆粒含量增加以近距離低空搬運(yùn)為主；8.0～6.0 Ma粉塵來(lái)源依舊為近距離粉塵為主，但高空西風(fēng)貢獻(xiàn)相對(duì)增強(qiáng)，搬運(yùn)的動(dòng)力方式塵暴和非塵暴的共同作用。5.2～4.3 Ma和3.6～2.8 Ma粉塵來(lái)源依舊為近距離低空搬運(yùn)為主。

(3) 阿爾金地區(qū)新近紀(jì)紅黏土的3個(gè)粒度端元含量變化較大，通過(guò)對(duì)比同剖面的其他指標(biāo)及鄰區(qū)乃至全球氣候變化事件發(fā)現(xiàn)，13～2.6 Ma的干旱化過(guò)程是全球變化和青藏高原隆升共同作用。亞洲內(nèi)陸干旱化的主控因素為全球變冷，青藏高原的階段性隆升起著推動(dòng)作用。

致謝 感謝審稿專(zhuān)家和編輯提出的寶貴意見(jiàn)！