纳米比亚上乌加布河谷Kalahari群沉积历史的新年代学约束：基于宇宙成因核素26Al/10Be和U-Th定年研究

针对Kalahari盆地沉积年代学框架不明确的问题，研究人员通过宇宙成因核素26Al/10Be多阶段数值模型和U-Th等时线定年技术，重建了纳米比亚上乌加布河谷的地貌演化史。研究发现该地区存在晚中新世沉积事件，揭示了至少32-53米的中更新世侵蚀事件，为理解非洲南部古环境变迁提供了关键年代学证据。

　　

在非洲南部广袤的Kalahari盆地，沉积记录承载着数百万年来地貌演化与早期人类活动的重要信息。然而这片平坦地貌中天然露头的稀缺，使得沉积序列的年代学框架特别是早期部分始终难以精确限定。更棘手的是，传统定年方法难以解析大陆盆地常见的多期埋藏-暴露事件，这成为重建区域环境演变史的关键瓶颈。

位于Kalahari盆地西缘的纳米比亚上乌加布河谷，其独特的地理位置为破解这一难题提供了契机。该河谷发育着厚达80米的胶结砾岩台地，其东部源头与Kalahari盆地仅相距50公里，两者可能经历了相似的气候波动和构造事件。更引人注目的是，乌加布流域分水岭呈现向东突出的特殊形态，暗示这里可能发生过流域袭夺事件——即该河谷上游曾属于Kalahari盆地内流系统，后期才被外流河系袭夺西流。这一地质背景使得乌加布河谷的沉积序列可能保存着Kalahari群被侵蚀部分的"时间胶囊"。

为揭示这一科学谜题，来自以色列希伯来大学地球科学研究所的研究团队选取"Base Camp"和"Cactus Farm"两个典型剖面展开研究。通过创新性地开发多阶段数值模型解析宇宙成因核素²⁶Al和¹⁰Be的复杂埋藏历史，结合U-Th等时线定年技术，研究人员重建了该地区五个关键地貌发育阶段。研究采用的关键技术包括：1) 石英样品中²⁶Al和¹⁰Be的加速器质谱测定；2) 碳酸盐胶结物的MC-ICP-MS铀系定年；3) 基于蒙特卡洛模拟的多阶段埋藏模型，该模型整合了放射性衰变、埋藏后μ子产生等物理过程。

研究结果通过系统的地层学和年代学分析，揭示了上乌加布河谷完整的地貌演化史：

1. 地质背景
   研究区出露的Bertram组包含21米厚的硅质砾岩单元和上覆20米钙质结壳层。砾岩中石英岩、白云质大理岩等碎屑的组成指示物源主要来自Damara群的Karibib组和Kuiseb组。钙质结壳层可细分为含根系的过渡型结壳下层和块状白云质结壳上层，其中发育的方解石脉和钙华沉积为年代学约束提供了理想材料。

2. 方法论
   创新性地建立的数值模型包含三个埋藏阶段：初始深埋（Z1）、抬升后浅埋（Z2）和钙结壳覆盖（Z3）。模型通过10⁵次蒙特卡洛模拟，计算各阶段对核素浓度的影响，最终拟合实测数据。U-Th定年采用单样品校正和等时线两种方法，特别针对高²³⁸U/²³²Th比值的样品进行重点分析。

3. 结果
   宇宙成因核素数据显示，埋藏样品的²⁶Al/¹⁰Be比值（4.5-6.5）显著高于μ子产生的平衡值3.8，排除了简单埋藏或持续μ子产生两种传统解释。U-Th定年获得钙华沉积（BC-153）年龄为58.3 ^+22.2/_-17.5 ka，方解石脉（CF-2）年龄13.5 ^+2.9/_-2.9 ka。暴露样品的简单¹⁰Be年龄显示顶部砾岩在15.8-39.4 ka