廣州地化所提出整合的東亞全新世火山灰地層框架

2020-08-04 光明網

正確理解氣候突變事件的時空差異和驅動機制，需要對高解析度古氣候記錄建立精確的年代學控制。目前東亞高解析度湖泊記錄的定年主要依靠14C法，但該方法在萬年時間尺度存在百年的定年誤差，因而難以制約百年尺度的氣候變化。東亞廣泛存在的火山灰等時標誌層，是古氣候記錄精確定年和時間同步的有力工具。然而，在利用火山灰關聯古記錄前，需要建立細緻的區域火山灰地層框架。儘管過去的幾十年間，東亞地區有大量的火山灰研究，但隨著火山灰提取、分析和定年方法的革新，區內的火山灰信息亟待更新，過去的地層框架也難以滿足現今的研究需要。

針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室博士後陳宣諭、中科院院士徐義剛和英國合作者，對東亞的火山灰研究開展了系統回顧工作。通過文獻梳理，識別出區域內分布最廣的二十二層全新世火山灰，它們來自日本、中國/朝鮮、韓國和俄羅斯的大型火山噴發（圖1）。根據火山灰的已知分布、玻屑地球化學特徵和噴發年齡的最優估算，該研究構建了整合的火山灰地層框架。

研究發現，地層框架內的火山灰具備特徵的地球化學組成（圖2）。例如：日本火山灰為低鉀和中鉀系列，主要為流紋質。俄羅斯火山灰為中鉀流紋質，但因具有更高的鉀和更低的鈣而可以與日本火山灰相區分。韓國火山灰具有獨特的高鉀響巖-粗面質組分，而中國/朝鮮的火山灰則為高鉀粗面-流紋質。總結起來，框架內不同火山的產物可以通過主量元素區分，但同一火山不同期次的噴發產物，則還需利用年代學/地層學證據加以區分。

此外，該研究集合了區內高解析度古氣候記錄，結果顯示，東亞夏季風在全新世的演化具有顯著的區域差異（圖3）。例如，華南地區的董哥洞和湖光巖顯示出早中全新世適宜期，而華北的湖泊和韓國的記錄則顯示出明顯的中全新世適宜期。更重要的是，這些記錄表明百年尺度的氣候震蕩/突變事件廣泛地出現在東亞季風區。然而，現有的年代學模型不足以制約這類突變事件在不同記錄中的相對時間和相位的差異。該研究將構建的火山灰地層框架與東亞夏季風古記錄相結合，討論了火山灰標誌層在氣候突變研究中的關鍵作用。

該研究指出了未來東亞火山灰年代學研究的機遇。鑑於顯微火山灰方法在東亞才剛剛起步，過去的研究僅針對肉眼可見的火山灰層，未來首要的工作方向是在重要古氣候記錄中系統地應用顯微火山灰方法，拓展火山灰在除日本以外地區的分布，從而實現利用火山灰標誌層在東亞更廣闊的區域內連結古記錄。此外，單顆粒火山玻璃的微量元素分析將是另一重要的前進方向，完備的火山灰微量元素資料庫將為區分同一火山不同期次的噴發產物提供可能。

研究成果於近日發表在國際地學期刊Quaternary Science Reviews上。該項目受中科院戰略性科技先導專項（B類）（XDB18000000）和中科院對外合作重點項目（132744KYSB20130005）聯合資助。

廣州地化所提出整合的東亞全新世火山灰地層框架

圖1. 東亞全新世關鍵火山灰層的源區和分布

廣州地化所提出整合的東亞全新世火山灰地層框架

圖2. 東亞22層全新世火山灰標誌層的主量元素玻璃地球化學組成

廣州地化所提出整合的東亞全新世火山灰地層框架

圖3. 東亞全新世火山灰地層框架與區內高解析度古氣候記錄

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