第三卷 第五期 - 2008年二月二十九日
湖光岩沉積物中的Ti指示冬季風嗎?
周厚雲

中國科學院廣州地球化學研究所
國立成功大學地球動力系統研究中心
自然 (2007) Nature 2007 doi:10.1038/nature06408

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著亞洲夏季風可以應用洞穴沉積進行精確的定年和高精度重建,古氣候學家開始探討在類似的定年水準和時間解析度上重建亞洲冬季風。Yancheva et al.嘗試應用華南沿海湖光岩湖泊沉積物中的Ti含量高精度重建了最近16000年以來的冬季風演化。不過,我們認為湖光岩中的Ti應該主要來自湖泊流域,沉積物中的Ti含量可能與湖泊水文變化有關。

Yancheva et al.認為,由於湖泊流域面積很小,加上湖泊周圍分佈有濃密的植被,因此湖泊中來自流域的Ti應該很少,湖泊沉積物中的Ti應該主要是風力從遙遠的中國北方乾旱區搬運而來。然而實際上,華南沿海由於高溫多雨,風化和侵蝕都相當強烈。而且湖光岩周圍邊坡都很陡,湖泊周圍又有大量的火山碎屑岩和火山灰分佈,這些都有利於周圍湖岸的表面侵蝕和物質輸入湖泊。湖泊中發現的砂質沉積物就是流域物質被侵蝕進入湖泊堆積的強有力證據,而且這得到鄰近的田洋瑪爾湖和海南北部雙池瑪爾湖沉積記錄的支援。這些粗顆粒的沉積物顯示:在華南沿海的瑪爾湖中,普遍存在附近流域陸源物質被侵蝕進入湖泊的現象。在湖光岩流域中主要發育的是玄武岩、火山碎屑岩及其風化紅土,它們具有較高的Ti含量(表 1),因此也應該是該湖泊沉積物中Ti的重要來源。

更為重要的是,湖光岩記錄到的進入湖泊的岩石碎屑通量在全新世和冰期時分別達到5-10和10-20 mg cm-2 yr-1。這些通量太高,難以用風力搬運的機制解釋。雖然Yancheva et al.提出這些通量與估算的華南沿海現代粉塵通量4.6 mg cm-2 yr-1相當,但考慮到華南沿海現代大氣粉塵含量及粉塵沉降速率,4.6 mg cm-2 yr-1這一數值很可能被高估了。另外,在黃土高原這一粉塵沉降中心的現代觀測發現,在接近粉塵源區的地方,礦物粉塵通量在15-36 mg cm-2 yr-1之間,但在其他地點則只有9-10 mg cm-2 yr-1;而且這其中又只有約25%的顆粒粒徑小於6 m。大氣粉塵中粒徑大於6 m的顆粒由於重力沉降搬運距離較短。湖光岩在黃土高原以南約1500 km,又不在粉塵搬運的主要路徑上,因此該地的粉塵沉積通量應該比2.5 mg cm-2 yr-1 ( = 10 × 25% mg cm-2 yr-1)小很多。現代模擬得到的這一地點的粉塵沉積通量也只有<0.2-0.5 mg cm-2 yr-1。以上這些證據都顯示,湖光岩沉積物中的Ti其主要來源不是風力從遙遠的中國北方乾旱區搬運而來的粉塵物質。

相對於黃土高原的粉塵堆積,雷州半島的玄武岩及其風化紅土的Ti含量明顯偏高(表 1)。因此,用當地湖泊流域的來源來解釋沉積物中的Ti更為合理。這種解釋一方面得到湖泊沉積記錄本身的支援,因為在兩個相對寒冷乾旱的時期即Younger Dryas和pre-B/A時期出現的高Ti含量正好对應砂質沉積物的出現;另一方面,這種解釋也可以解答一些由於將湖光岩中的Ti含量與亞洲冬季風聯繫起來而產生的疑惑。例如,按照Yancheva et al.的解釋,熱帶輻合帶(intertropical convergence zone)在7.8 kaBP就已經向南移動了,但其他研究顯示在一些更北方的地點直到約6 kaBP仍有較的夏季風;湖光岩記錄的全新世的Ti含量與Younger Dryas和pre-B/A兩個寒冷乾旱時期的Ti含量相當,但其他的研究卻顯示,相對於這兩個較寒冷乾旱的時期,全新世的夏季風明顯更強,冬季風明顯更弱。

湖光岩沉積物中Younger Dryas和pre-B/A兩個時期的高Ti含量與較粗的沉積物相對應,顯示了Ti含量變化與湖泊水文之間可能存在聯繫。湖泊沉積中5.2-7.8 kaBP的高Ti含量也可能受到類似機制的影響,因為對這些鑽孔中其他氣候環境指標的研究顯示這一時期的降水可能有所減少。對海南北部雙池瑪爾湖的研究也顯示華南沿海地區的降水量在7200-2700 aBP有所降低。當湖泊流域的Ti以顆粒和膠體態被搬運進入湖泊堆積時,通過徑流輸入的增加和湖泊水深的減少都可能造成這些鑽孔記錄的Ti含量上升。

這裏我們給出了湖光岩沉積物中Ti含量變化的另外一種解釋,即它可能主要是湖泊水文控制的,而不是由亞洲冬季風控制的。至於我們提出的這種機制是否以及如何影響到該湖泊沉積物中的其他一些氣候環境指標如總有機碳含量和一些磁學性質的變化,則有待更加深入的研究。
表 1. 華南沿海雷州半島玄武岩及其風化紅土和華北黃土高原黃土沉積中的Ti含量.

注:這些Ti含量是根據雷州半島玄武岩和紅土及洛川黃土-古土壤序列中TiO2的含量計算得到的。
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