帕米尔高原西部三个黄土-古土壤序列的发光测年及其在晚更新世时期的古气候意义

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Luminescence dating of three loess-paleosol sequences in the western Pamir Plateau and their paleoclimatic implications during the Late Pleistocene

中亚黄土沉积与气候演化关系研究。通过塔吉克斯坦南部三个40米级厚层黄土-古土壤剖面，结合石英光致发光（SAR）和矿物复合红外光致发光（pIRIR）年代测定与磁 susceptibilty地层学，建立末次冰期（80-20 ka）可靠年代框架。研究揭示：1）沉积间隙是制约黄土序列年代学的主要因素；2）磁 susceptibilty与粉尘积累速率（DAR）的空间梯度反映西中亚荒漠为主要粉尘源；3）地形过渡（平原-山地）导致区域气候变异性增强，间冰期湿润与冰期干旱的对比更显著。研究证实黄土序列中矿物分选与气候驱动的粉尘传输机制存在密切关联。

　　中央亚细亚地区以其复杂的地形和干旱至半干旱的气候而著称，受到西风带的强烈影响。西风带不仅输送水汽，还携带大量的尘埃气溶胶，形成了一个高度变化的气候系统。该地区沉积的厚层黄土是研究过去气候、环境变化和尘埃动态的重要档案。然而，由于缺乏可靠的年代框架，研究人员在提取完整的古气候信息方面面临诸多挑战。

本研究通过在塔吉克斯坦南部的三个厚层黄土-古土壤剖面中进行详细的年代分析，采用了光释光测年技术和磁化率地层学相结合的方法。我们对中粒（38–63微米）石英颗粒应用了单剂量再生（SAR）协议，对多矿物颗粒应用了后红外红外刺激光释光（pIRIR）协议。这些测年结果为塔吉克斯坦黄土在晚更新世时期的沉积提供了可靠的年代约束，并揭示了黄土-古土壤循环与深海氧同位素记录之间高度同步的模式。研究还表明，古土壤层顶部的沉积间断是中央亚细亚黄土序列中普遍存在的现象，这对黄土的地层划分和对比具有重要意义。

研究团队使用Bacon年代深度模型进一步重建了塔吉克斯坦SRN（Shahrinav）和KMD（Karamayidan）剖面中晚更新世黄土S1-L1层的磁化率（χ）、尘埃沉积速率（DAR）和中粒粒径的变化。研究结果显示，黄土厚度和尘埃沉积速率从西向东呈现递减趋势，这表明中央亚细亚西部的沙漠是主要的尘埃来源。此外，这些数据揭示了过去冰期-间冰期循环期间持续存在的区域气候波动，这种波动可能与塔吉克斯坦地区从倾斜前缘向崎岖山脉的地形变化有关。

在间冰期，湿润的条件可能加剧了区域内的水分差异，而在冰期，干燥的条件则放大了尘埃沉积速率和矿物颗粒大小的差异。这些发现强调了在解读中央亚细亚黄土中的古气候数据时，必须考虑区域的多样性。同时，研究还指出，沉积间断是重建可靠年代框架的主要挑战，这增加了中央亚细亚沉积物年代分析的复杂性。

黄土记录的一个重要优势是其相对连续的沉积过程，使其适合直接测年。可靠的年代框架是确定过去气候变迁时间的关键前提。光释光测年技术，特别是单剂量再生（SAR）协议和后红外红外刺激光释光（pIRIR）协议，已被广泛应用于建立跨越多个冰期-间冰期循环的黄土年代框架。这些技术的进展显著提高了黄土沉积物测年的稳定性和准确性，特别是在中国黄土高原，已经建立了详细的年代框架。

然而，与中国的黄土高原和西北地区相比，中央亚细亚地区的黄土测年结果，尤其是帕米尔高原以西的地区，仍然有限。以往对晚更新世黄土的测年结果主要来自于热释光（TL）和红外刺激发光（IRSL）分析。由于这些早期方法的不稳定性，以及其在剂量估计上的偏差，导致对中央亚细亚几个上部古土壤单元的年代存在争议。近年来，石英光释光测年技术被应用于年轻的中央亚细亚黄土序列，特别是在南部塔吉克斯坦，大多数研究结果对应于最后一次冰期的下限。相比之下，关于更古老的黄土测年研究仍然较少，仅有零星的研究集中在古人类遗址，提供了多矿物pIRIR测年的数据。

此外，尽管光释光测年与磁化率地层学的结合方法在广阔的黄土覆盖地区，如中国黄土高原，已被证明非常有效，但在空间分布广泛的中央亚细亚黄土序列中，相关比较研究仍显不足。这种研究空白为全面提取中央亚细亚黄土中的古气候信息带来了重大挑战。

本研究选取了三个厚度接近40米的黄土-古土壤剖面，位于塔吉克斯坦南部，研究区域主要受温带大陆气候和高山气候影响。该地区的水汽主要由冬季的西风带输送，而尘埃活动则呈现出明显的季节性变化，夏季尘埃的频率和排放量达到高峰。为了建立可靠的年代框架，研究团队采用了SAR协议和pIRIR协议对中粒石英和多矿物颗粒进行测年，并通过交叉验证确保测年结果的准确性。

通过光释光测年和磁化率地层学的结合，研究团队成功构建了一个区域性的年代框架，为晚更新世黄土的沉积提供了可靠的时间约束。研究结果表明，黄土-古土壤序列的年代重建面临的主要挑战是沉积间断的存在，这使得年代分析变得复杂。利用Bacon年代深度模型，研究团队重建了过去冰期-间冰期循环期间磁化率、尘埃沉积速率和中粒粒径的变化，从而揭示了区域气候波动的机制。

研究发现，该地区在最后一次冰期期间，盆地和山前区域均经历了增强的尘埃活动和减少的湿度，而在最后一次间冰期，尘埃活动较弱，湿度相对较高。然而，地形的变化在区域尺度上对这些气候模式产生了调节作用。这些结果不仅加深了我们对中央亚细亚黄土沉积过程的理解，也为未来研究该地区古气候提供了重要的基础。

本研究的意义在于，它不仅填补了中央亚细亚黄土测年的空白，还为理解该地区古气候与全球气候系统之间的联系提供了新的视角。通过结合先进的测年技术和地层学方法，研究团队能够更精确地确定黄土沉积的时间，并揭示其与区域气候变化之间的关系。这种多学科方法的应用，为未来研究中央亚细亚黄土的古气候意义奠定了坚实的基础。

此外，研究还强调了沉积间断在年代重建中的重要性。沉积间断的存在可能影响黄土地层的连续性和可靠性，因此在解读古气候数据时，必须充分考虑这些因素。研究团队的成果表明，通过采用更精确的测年技术和地层学方法，可以有效克服沉积间断带来的挑战，从而构建更加准确的年代框架。

在研究过程中，团队还获得了来自不同领域的专家支持。在野外和实验室工作中，得到了刘玉东和张敬昭的协助。这些支持对于研究的顺利进行至关重要。同时，研究得到了国家自然科学基金、第二次青藏高原综合科学考察研究计划（STEP）以及中国科学院青年创新促进会的资助，这为研究提供了必要的资源和条件。

总的来说，本研究通过整合光释光测年和磁化率地层学，成功构建了塔吉克斯坦南部晚更新世黄土的年代框架。这一成果不仅为理解该地区的古气候提供了重要依据，也为未来的古气候研究提供了新的方法和思路。研究团队的贡献在于，他们通过严谨的科学方法和跨学科的合作，揭示了黄土沉积与区域气候变化之间的复杂关系，推动了对中央亚细亚古气候系统的研究。