【摘要】：中國黃土作為一種分布廣泛、厚度大的準連續(xù)沉積,記錄了第四紀以來的氣候環(huán)境變化,是研究第四紀北半球陸地氣候變化的優(yōu)良載體。運用可靠的指標恢復(fù)黃土高原的古溫度,不僅可以為當今氣候模型提供更為準確的邊界條件,還能幫助了解地質(zhì)歷史時期溫度變化規(guī)律,為預(yù)測全球和區(qū)域溫度走勢提供重要的參考。微生物甘油二烷基鏈甘油四醚化合物(Glycerol Dialkyl Glaycerol Tetrethers)是古菌和某些細菌細胞膜的重要組成物質(zhì)。其中類異戊二烯GDGTs(isoprenoid GDGTs,簡稱iGDGTs)被認為是由古菌合成,而支鏈GDGTs(branched GDGTs,簡稱brGDGTs)被認為是兼性厭氧異養(yǎng)細菌產(chǎn)生的,且在各類地質(zhì)體中均廣泛存在,作為近十年來發(fā)展迅速的一類生物標志物受到廣泛關(guān)注。其中brGDGTs化合物可用于定量重建古溫度,而基于古菌iGDGTs和細菌brGDGTs相對比值的指標Ri/b和BIT可用于指示干旱化事件。本文在已有中國表層土壤GDGTs現(xiàn)代過程研究的基礎(chǔ)上,以黃土高原南部渭南剖面作為研究對象,利用GDGTs的溫度和古水文指標重建了黃土高原350 ka以來的古氣候變化。對渭南黃土剖面S0-S3階段,350 ka以來的198個黃土-古土壤樣品進行了類脂物的提取,利用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測出了含量較豐富的微生物GDGTs化合物。對GDGTs化合物采用了兩種不同的液相色譜分離方法進行測試:一種是傳統(tǒng)的氰基柱法,能夠?qū)rGDGTs分為9個化合物;另一種是新的硅膠柱串聯(lián)方式,能夠分離brGDGTs的5-甲基和6-甲基異構(gòu)體,將前面的9個化合物進一步分離成15個brGDGTs化合物。通過對兩種方法得到的指標進行評估,然后將其用于重建渭南地區(qū)的古氣候和古環(huán)境變化。得到主要認識如下:(1)5-、6-甲基brGDGTs的分離提供了新的古氣候代用指標。前人對新方法的運用主要集中于brGDGTs相關(guān)指標,而忽略了新方法對含iGDGTs相關(guān)指標的影響,本文集中對比了新老方法對iGDGTs和brGDGTs及其相應(yīng)指標的影響。對渭南剖面中運用兩種方法測得的數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果顯示新方法測出的iGDGT化合物中,iGDGT-1 3均在左側(cè)出現(xiàn)“肩峰”。在iGDGTs相關(guān)指標的計算中,需將“肩峰”一并納入積分,在計算時將“肩峰”及其對應(yīng)的本峰當做一個化合物。對比新老方法對指標的計算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)新方法對只基于iGDGTs的指標TEX86產(chǎn)生了較小的偏差,對BIT幾乎無影響。(2)渭南剖面中,6-甲基brGDGTs平均占整個brGDGTs化合物含量的34.6%。其中GDGT-Ia,-Ib,-IIa’三種化合物平均占總brGDGTs的70%。brGDGTs-Ia含量最豐富,在所有樣品中占總含量的17.8% 46.5%。將渭南黃土中brGDGTs的分布特征和已發(fā)表的全球土壤、中國北方土壤中的brGDGTs分布特征進行對比,發(fā)現(xiàn)三者有明顯不同。其中渭南黃土中brGDGTs的分布與全球土壤基本類似,主要的差異是IIIa’,IIa和IIa’三種化合物的相對含量。而中國北方土壤中brGDGTs在分布特征和化合物相對含量上均與前兩者有很大區(qū)別。對渭南剖面甲基化指數(shù)的分析顯示,350 ka以來絕大多數(shù)時候MBT’5ME和MBT’6ME具有相似的變化趨勢,且在整個時間段中,大部分時候MBT’5ME超前于MBT’6ME的變化,最多可超前10 ka。這種明顯的相位差說明該區(qū)域溫度和季風(fēng)降水是不同步的,很可能分別響應(yīng)溫度和pH(或土壤濕度)。(3)本文運用多個公式重建、對比得出了最近350 ka以來的渭南黃土剖面定量古溫度曲線:運用了4個基于新方法的溫度校正公式對渭南地區(qū)的古溫度進行重建,并與2個基于傳統(tǒng)方法的溫度校正公式進行對比。這些公式分別基于全球土壤、中國區(qū)域土壤和中國北方土壤得到。采信基于新方法5-、6-甲基brGDGTs建立的MATmr公式恢復(fù)的結(jié)果為35萬年以來渭南地區(qū)的古溫度變化。溫度變化范圍為13.1 23.7°C�；谥袊狈酵寥澜⒌臏囟刃Ｕ交謴�(fù)的古溫度變化范圍值比其他公式大的多,甚至溫度出現(xiàn)負值,需謹慎用于重建黃土高原南部的古溫度變化歷史。(4)本文首次利用微生物類脂物重建了黃土高原南部350 ka以來的極端干旱事件記錄,在過去4個冰期終止期(Termination)時都發(fā)生了極端干旱事件:在絕大多數(shù)樣品中,Ri/b值呈現(xiàn)穩(wěn)定的低值(約0.2),但在過去的四個冰期終止期,Ri/b值急劇升高,據(jù)此判斷在以上四個冰期向間冰期轉(zhuǎn)換時期黃土高原地區(qū)發(fā)生了極端干旱事件。對比類脂物重建的干旱事件與粒度、北大西洋冰筏事件,發(fā)現(xiàn)其部分一致,說明說明通過增強的西風(fēng)帶和冬季風(fēng)傳輸,北半球高緯度的氣候變化導(dǎo)致了黃土高原南部的極端干旱事件。但是類脂物沒有記錄冰期時的干旱,而只記錄了冰期終止期的極端干旱事件,說明一定受到其他因素的影響。低緯度地區(qū)西太平洋暖池區(qū)的深海沉積物δ13C和婆羅洲地區(qū)石筍中的δ18O記錄了冰期終止期時的存在類El Ni?o變化。說明此時通過沃克環(huán)流向西太平洋上空輸送的熱量和水汽大幅度減少,導(dǎo)致了向亞洲季風(fēng)區(qū)輸送的熱量和水汽匱乏,放大了冰期終止期黃土高原干旱事件的程度。因此,黃土高原地區(qū)在冰期終止期時發(fā)生的極端干旱事件,可能受到來自北半球高緯度地區(qū)和低緯度熱帶大洋氣候信號的共同驅(qū)動,而不僅僅受高緯度的影響。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P532

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本文編號：2143161