南美南部大西洋沿岸上新世—更新世黄土物源及潘帕斯(Pampean)风成系统演化

《Journal of South American Earth Sciences》：Provenance of Pliocene-Pleistocene loess on the Atlantic coast of southern South America and the evolution of the Pampean eolian system

　　

风成粉尘在南美南部对影响陆地、海洋及大气过程的区域与全球沉积系统中发挥重要作用。阿根廷中部东侧沿海悬崖出露一系列上新统至更新统黄土单元，记录了该地区其他位置基本缺失的一段粉尘搬运与沉积间隔。为确定这些单元的物源并更好理解其与阿根廷潘帕斯(Pampas)广泛风成沉积的关系，研究人员在海岸出露的黄土及类黄土(loessoid)单元中采集了9个样品，并测量了3941个新的碎屑锆石铀?铅(U?Pb)年龄。样品包含0–30、60–120、160–200、240–290、350–400和440–550 Ma的碎屑锆石U?Pb年龄群，以及较少的900–1200 Ma年龄群。这些年龄模式与潘帕斯风成沉积物一致，表明这些单元来自相似沉积源，因此是自至少8 Ma以来在安德斯(Andes)前陆长期运行的潘帕斯(Pampean)风成系统的一部分。靠近黄土单元的坦迪利亚(Tandilia)山脉相关地形未影响黄土物源信号，表明区域沉积物输入占主导。各黄土层内碎屑锆石年龄群相似，但不同组间特定群的相对比例发生变化。这些数据表明过去约400万年来，来自南纬35°以南安德斯(Andes)的沉积物输入更大。

该研究发表于《Journal of South American Earth Sciences》，围绕南美南部阿根廷中部大西洋沿岸上新世—更新世黄土的物源与潘帕斯(Pampean)风成系统演化展开。研究背景方面，南美南部风成粉尘影响区域至全球尺度的陆地、海洋与大气过程，其携带的生物可利用铁可促进南大西洋初级生产力，增强CO₂封存并可能影响全球温度与冰川?粉尘正反馈循环。阿根廷潘帕斯(Pampas)的现代风成系统由上更新统—全新统沉积组成，包括“潘帕斯沙海(Pampean Sand Sea)”与周边“黄土带(Loess Belt)”，但内陆地区几乎缺失约5百万年的上新统—下更新统风成沉积记录，而沿海约30公里崖岸出露的同期黄土与类黄土(loessoid)单元恰好填补这一空白，然而其物源及与内陆潘帕斯(Pampean)风成沉积的关系此前未知，因此需通过物源分析明确二者联系及风成系统长期演化特征。

为开展研究，研究人员在阿根廷中部马德普拉塔(Mar del Plata)至米拉马尔(Miramar)间大西洋沿岸5个地点的黄土与类黄土(loessoid)单元中采集9个样品；采用标准碎屑锆石回收流程进行样品处理，通过研磨筛分、密度分离与磁选获取锆石；在亚利桑那大学LaserChron中心利用激光剥蚀与Nu HR多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC?ICPMS)进行U?Th?Pb同位素分析，以²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb定年>900 Ma锆石、²⁰⁶Pb/²³⁸U定年<900 Ma锆石，并按最大误差与不一致度标准筛选数据；使用核密度估计(KDE)与多维尺度分析(MDS)对比年龄谱，并采用Sundell和Saylor的反向蒙特卡洛解混模型估算南北安德斯(Andes)源区贡献比例。

研究结果如下：

4.0. Results，其中4.1. Outcrop observations通过对沿海黄土单元的地层观察，确认自下而上依次为查帕德马勒尔(Chapadmalal)、巴兰卡德洛沃斯(Barranca de los Lobos)、沃罗韦(Vorohué)、圣安德烈斯(San Andrés)、米拉马尔(Miramar)、阿罗约塞科(Arroyo Seco)与圣伊莎贝尔(Santa Isabel)组，各组的岩性以粉砂质砂岩、类黄土(loessoid)与古土壤互层为特征，沉积年龄由⁴⁰Ar/³⁹Ar、古地磁与哺乳动物化石限定在约4–0.2 Ma。4.2. Detrital Zircon Ages所有样品的碎屑锆石U?Pb年龄集中在0–2000 Ma内，主要年龄群为0–30、60–120、160–200、240–290、350–400、440–550 Ma及少量900–1200 Ma，各样品年龄群一致但相对比例不同，240–290 Ma群在几乎所有样品中最发育，最上部圣伊莎贝尔(Santa Isabel)组与米拉马尔(Miramar)组中0–30 Ma群比例较低。

5.0. Zircon Sources，研究人员将年龄群对应至具体源区：0–65 Ma与80–120 Ma源自安德斯(Andes)岩浆弧，160–200 Ma源自乔纳伊克硅质火成省(Chon Aike Silicic Igneous Province)，240–290 Ma与330–400 Ma分别源自二叠纪—三叠纪乔约伊(Choiyoi)岩浆岩与冈瓦纳西缘石炭纪弧，440–550 Ma源自法马蒂安(Famatinian)与潘帕斯(Pampean)弧，900–1200 Ma源自松萨斯造山带(Sunas Orogeny)。

6.0. Discussion，其中6.1. Comparing Pampean and Coastal Loess沿海与内陆上更新统—全新统及上中新统潘帕斯(Pampean)风成沉积的碎屑锆石年龄群几乎相同，表明具共同物源与相似搬运系统，沿海黄土代表现代黄土带(Loess Belt)的老版本，暗示潘帕斯沙海(Pampean Sand Sea)类沉积可能自上新世已存在于内陆，后被剥蚀或再沉积。6.2. Regional versus Local Provenance Signature将沿海黄土与坦迪利亚(Tandilia)山脉出露的志留系巴尔卡塞(Balcarce)组对比，后者以400–700、1000–1300、1800–1900 Ma为主，与沿海黄土年轻年龄群差异显著，KDE与MDS均显示沿海黄土更接近潘帕斯(Pampean)风成沉积，表明区域前陆河流与西风?西南风搬运主导，局部地形贡献可忽略。6.3. Variability within Coastal Loess Samples剖面自下而上40–220 Ma锆石比例从查帕德马勒尔(Chapadmalal)组约22%增至米拉马尔(Miramar)组约34%，上部阿罗约塞科(Arroyo Seco)与圣伊莎贝尔(Santa Isabel)组为27–30%，反映源区贡献变化。6.4. Implications for Provenance40–220 Ma锆石在南纬35°以南安德斯(Andes)河流与基岩中丰富，而以北的德斯瓜德罗(Desaguadero)河等以240–700 Ma为主、缺乏40–220 Ma群，因此向上增加的40–220 Ma比例指示南部源区输入增强。6.5. Provenance Modeling基于基岩与河流锆石的解混模型均显示，自查帕德马勒尔(Chapadmalal)组至圣伊莎贝尔(Santa Isabel)组，南纬35°以南源区贡献从约45%增至55–70%，河流模型显示从约75%增至近100%，支持南部输入增加趋势。6.6. Possible Drivers of Provenance Change构造上过去数百万年安德斯(Andes)与潘帕斯山脉(Sierras Pampeanas)无明显抬升脉冲，难以解释变化；气候上上新世—更新世全球变冷、巴塔哥尼亚(Patagonia)冰川扩展及海平面下降，可能增加南纬35°以南流域冰川侵蚀与暴露陆架沉积被风搬运，导致南部源区通量增加，但具体驱动仍需更多地层与古环境约束。

结论部分表明，南美南部风成粉尘联系岩石圈、水圈、生物圈与大气圈并具有区域至全球意义；阿根廷中部沿海上新世—更新世黄土与内陆单元具相同物源，同属至少自约8 Ma运行的潘帕斯(Pampean)风成系统；内陆缺失同期记录表明沉积中止或后期移除，而沿海记录了系统持续运行；尽管靠近坦迪利亚(Tandilia)山脉，物源仍以东风与区域河流主导；剖面上部40–220 Ma锆石比例增加，反映更新世较上新世更多来自南纬35°以南安德斯(Andes)物质；构造无明显证据，气候变迁可能在物源演化中起重要作用，确切机制需进一步沉积、地层与构造?气候历史研究。