海洋地质与环境重点实验室知识库

  基于深海钻探计划(DSDP) 31航次在西太平洋菲律宾海北部296站位和南部292站位获得的两个中新世以来连续、高分辨率的沉积物岩芯，通过风尘组分提取、粘土矿物组成、各粒级硅酸盐沉积物Sr-Nd同位素组成、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)和黑碳碳同位素组成等手段，约束了中新世以来西太平洋沉积物物源，追溯了中新世以来亚洲风尘输入西太平洋的历史，进而重建了中新世以来北半球西风带演化历史并进一步探讨了其驱动机制；重建了亚洲内陆干旱气候和C3-C4植被演化历史，进一步探讨了全球气候和构造隆升对亚洲气候和植被演化的影响；在新获得记录的基础上，总结对比了亚洲区域内主要构造时间尺度的粘土矿物记录，通过与其他地区记录的对比，探讨了晚渐新世以来亚洲粘土矿物组成变化的构造-气候响应机制。

  粘土矿物组成和不同粒级硅酸盐组分的Sr-Nd同位素组成均表明，西太平洋菲律宾海北部DSDP 296站位沉积物全粒级和粘土粒级硅酸盐沉积物均为亚洲内陆沙漠与西太平洋岛弧火山物质的混合物，其中前者主要来自于以塔克拉玛干沙漠为代表的中国沙漠B区，以高伊利石和绿泥石、高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、低εNd为特征，主要由西风搬运；后者则以高蒙脱石和高岭石、低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、高εNd为特征。菲律宾海南部DSDP 292站位粘土粒级沉积物同样是亚洲内陆沙漠与西太平洋岛弧火山物质的混合物，其中伊利石和绿泥石主要来源于亚洲干旱内陆，蒙脱石和高岭石主要为西太平洋岛弧风化产物。相对而言，DSDP 292站位接受了更多岛弧风化产物，因而更富蒙脱石。自渐新世以来，西太平洋沉积物中风尘贡献量长期增加。

  本文利用Sr-Nd同位素和硅酸盐沉积物堆积速率重建了约23 Ma以来西北太平洋DSDP 296站位风尘通量记录，并综合对比了北太平洋ODP 1208站位风尘通量记录。结果表明，两个站位有共同且稳定的物源，其中风尘组分主要由西风从塔克拉玛干沙漠搬运。自早中新世约23 Ma以来，两个站位风尘通量变化趋势和值相差较大，这种差距随时间逐渐减小，并在约9 Ma以来维持了几乎相同的风尘通量值和变化趋势。排除源区变化和站位地理位置移动的潜在影响后，认为这种差异性演化表明，北半球西风带在约23–9 Ma之间自更靠近DSDP 296站位的纬度开始向北移动，在约9 Ma到达与现代相似的位置（约40°N），且对两个站位的风尘沉积施加了同等影响，约9 Ma之后在构造尺度上维持相对稳定。该结论得到了模拟结果的验证。进一步综合对比青藏高原隆升历史和新生代全球变冷记录，我们提出青藏高原自晚渐新世以来的大规模隆升可能驱动了北半球西风带的北移。

  本文利用DSDP 296和292站位粘土矿物组成和粘土粒级沉积物中风尘相对贡献量重建了三千万年以来亚洲内陆干旱化历史，结果表明渐新世以来中亚风尘源区经历了长期干旱化，在约20 Ma、14 Ma、7 Ma和3 Ma出现阶段性干旱化加剧。进一步对比全球气候事件和亚洲构造事件后，我们认为14 Ma和3 Ma干旱化加强可能主要受控于全球变冷，20 Ma和7 Ma干旱加强可能更多受到了喜马拉雅-青藏高原隆升的影响。

  此外，本文利用西太平洋DSDP 296站位和292站位中新世以来的黑碳碳同位素记录，建立了亚洲内陆植被中新世以来的长期演化历史。西太平洋沉积物中黑碳颗粒形态和粒度分布有典型风成特点，经过对比确认了其亚洲内陆来源。结果表明，约23–15 Ma，亚洲内陆C3植被占比更高且较稳定；约15 Ma，C4植被开始扩张，此后维持了长期扩张趋势；约5 Ma出现阶段性扩张。约15 Ma亚洲内陆C4植被扩张及此后的长期扩张趋势主要响应于MMCO之后全球气候变冷及其影响下的亚洲内陆长期干旱化。约8–5 Ma，中亚高地形隆起阻挡西风水汽和东亚冬季风加强共同导致了亚洲内陆冬季降水减少，降水向夏季集中，这种降水的季节性加强与干旱化背景相叠加，共同驱动了C4植被在约5 Ma的阶段性扩张。这表明，全球气候变化更可能是植被长期演化的背景和前提条件，区域性气候因素则是植被阶段性变化的直接驱动因素。

  为了进一步探索全球变冷和青藏高原隆升对亚洲气候的驱动机制，我们从亚洲区域粘土矿物组合的响应机制入手，收集了亚洲不同区域的长尺度粘土矿物记录，统一采用IC/SK比值与本文建立的两个西太平洋粘土矿物记录和世界其他地区记录进行了综合对比，发现晚新生代亚洲地区伊利石和绿泥石的相对含量增长趋势比其他地区更为显著，这种不一致性明显出现始于约20 Ma，约3 Ma之后出现全球统一的伊利石快速增加。综合气候记录与青藏高原构造隆升历史，我们认为亚洲粘土矿物记录中20–3 Ma之间伊利石增加响应于全球变冷背景下，喜马拉雅-青藏高原及中亚造山带的隆升，3 Ma以来则主要响应于北极冰盖扩张引起的全球变冷加剧。

  本研究围绕西太平洋风尘沉积，追溯了中新世以来亚洲风尘输入西太平洋的历史。首次重建了北半球西风带中新世以来的长期演化历史，提出青藏高原自晚渐新世以来的大规模隆升可能驱动了北半球西风带中新世以来的北移。首次大范围集成对比了亚洲构造尺度粘土矿物记录，并建立了新的长尺度亚洲古气候和古植被的演化历史，深化了对亚洲古环境演变过程及其与全球变化联系的认识，对于理解全球气候系统演化与高原隆升之间的流固耦合和构造-气候联系有重要意义。