黄土高原南部35万年以来的古温度变化和极端干旱事件：微生物脂类的记录

发布时间：2018-07-25 08:02

【摘要】：中国黄土作为一种分布广泛、厚度大的准连续沉积,记录了第四纪以来的气候环境变化,是研究第四纪北半球陆地气候变化的优良载体。运用可靠的指标恢复黄土高原的古温度,不仅可以为当今气候模型提供更为准确的边界条件,还能帮助了解地质历史时期温度变化规律,为预测全球和区域温度走势提供重要的参考。微生物甘油二烷基链甘油四醚化合物(Glycerol Dialkyl Glaycerol Tetrethers)是古菌和某些细菌细胞膜的重要组成物质。其中类异戊二烯GDGTs(isoprenoid GDGTs,简称iGDGTs)被认为是由古菌合成,而支链GDGTs(branched GDGTs,简称brGDGTs)被认为是兼性厌氧异养细菌产生的,且在各类地质体中均广泛存在,作为近十年来发展迅速的一类生物标志物受到广泛关注。其中brGDGTs化合物可用于定量重建古温度,而基于古菌iGDGTs和细菌brGDGTs相对比值的指标Ri/b和BIT可用于指示干旱化事件。本文在已有中国表层土壤GDGTs现代过程研究的基础上,以黄土高原南部渭南剖面作为研究对象,利用GDGTs的温度和古水文指标重建了黄土高原350 ka以来的古气候变化。对渭南黄土剖面S0-S3阶段,350 ka以来的198个黄土-古土壤样品进行了类脂物的提取,利用高效液相色谱-质谱联用仪检测出了含量较丰富的微生物GDGTs化合物。对GDGTs化合物采用了两种不同的液相色谱分离方法进行测试:一种是传统的氰基柱法,能够将brGDGTs分为9个化合物;另一种是新的硅胶柱串联方式,能够分离brGDGTs的5-甲基和6-甲基异构体,将前面的9个化合物进一步分离成15个brGDGTs化合物。通过对两种方法得到的指标进行评估,然后将其用于重建渭南地区的古气候和古环境变化。得到主要认识如下:(1)5-、6-甲基brGDGTs的分离提供了新的古气候代用指标。前人对新方法的运用主要集中于brGDGTs相关指标,而忽略了新方法对含iGDGTs相关指标的影响,本文集中对比了新老方法对iGDGTs和brGDGTs及其相应指标的影响。对渭南剖面中运用两种方法测得的数据进行对比,结果显示新方法测出的iGDGT化合物中,iGDGT-1 3均在左侧出现“肩峰”。在iGDGTs相关指标的计算中,需将“肩峰”一并纳入积分,在计算时将“肩峰”及其对应的本峰当做一个化合物。对比新老方法对指标的计算结果,发现新方法对只基于iGDGTs的指标TEX86产生了较小的偏差,对BIT几乎无影响。(2)渭南剖面中,6-甲基brGDGTs平均占整个brGDGTs化合物含量的34.6%。其中GDGT-Ia,-Ib,-IIa’三种化合物平均占总brGDGTs的70%。brGDGTs-Ia含量最丰富,在所有样品中占总含量的17.8% 46.5%。将渭南黄土中brGDGTs的分布特征和已发表的全球土壤、中国北方土壤中的brGDGTs分布特征进行对比,发现三者有明显不同。其中渭南黄土中brGDGTs的分布与全球土壤基本类似,主要的差异是IIIa’,IIa和IIa’三种化合物的相对含量。而中国北方土壤中brGDGTs在分布特征和化合物相对含量上均与前两者有很大区别。对渭南剖面甲基化指数的分析显示,350 ka以来绝大多数时候MBT’5ME和MBT’6ME具有相似的变化趋势,且在整个时间段中,大部分时候MBT’5ME超前于MBT’6ME的变化,最多可超前10 ka。这种明显的相位差说明该区域温度和季风降水是不同步的,很可能分别响应温度和pH(或土壤湿度)。(3)本文运用多个公式重建、对比得出了最近350 ka以来的渭南黄土剖面定量古温度曲线:运用了4个基于新方法的温度校正公式对渭南地区的古温度进行重建,并与2个基于传统方法的温度校正公式进行对比。这些公式分别基于全球土壤、中国区域土壤和中国北方土壤得到。采信基于新方法5-、6-甲基brGDGTs建立的MATmr公式恢复的结果为35万年以来渭南地区的古温度变化。温度变化范围为13.1 23.7°C。基于中国北方土壤建立的温度校正公式恢复的古温度变化范围值比其他公式大的多,甚至温度出现负值,需谨慎用于重建黄土高原南部的古温度变化历史。(4)本文首次利用微生物类脂物重建了黄土高原南部350 ka以来的极端干旱事件记录,在过去4个冰期终止期(Termination)时都发生了极端干旱事件:在绝大多数样品中,Ri/b值呈现稳定的低值(约0.2),但在过去的四个冰期终止期,Ri/b值急剧升高,据此判断在以上四个冰期向间冰期转换时期黄土高原地区发生了极端干旱事件。对比类脂物重建的干旱事件与粒度、北大西洋冰筏事件,发现其部分一致,说明说明通过增强的西风带和冬季风传输,北半球高纬度的气候变化导致了黄土高原南部的极端干旱事件。但是类脂物没有记录冰期时的干旱,而只记录了冰期终止期的极端干旱事件,说明一定受到其他因素的影响。低纬度地区西太平洋暖池区的深海沉积物δ13C和婆罗洲地区石笋中的δ18O记录了冰期终止期时的存在类El Ni?o变化。说明此时通过沃克环流向西太平洋上空输送的热量和水汽大幅度减少,导致了向亚洲季风区输送的热量和水汽匮乏,放大了冰期终止期黄土高原干旱事件的程度。因此,黄土高原地区在冰期终止期时发生的极端干旱事件,可能受到来自北半球高纬度地区和低纬度热带大洋气候信号的共同驱动,而不仅仅受高纬度的影响。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P532

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本文编号：2143161