地球環境研究所:利用湖泊沉積物10Be記錄示蹤地磁極性倒轉事件研究...

2021-01-08 中國科學院西安分院

　　由於地球磁場對入射進入地球大氣圈的宇宙射線通量具有顯著的屏蔽作用，使得大氣中宇宙成因核素10Be的產率與地磁場強度的變化存在明確的反相關關係。因此利用不同沉積物中的10Be記錄，通過數理方法提取出指示大氣成因10Be產率的信號，就可以有效地示蹤同時期地磁場相對強度的變化以及與地磁場強度減弱密切相關的地磁場極性倒轉事件的特徵以及極性倒轉過程。布容-松山倒轉（Brunhes-Matuyama reversal，B-M）事件是第四紀發生的最近一次地磁極性倒轉事件，是晚第四紀地層劃分以及全球氣候記錄對比的重要時間標記。多年來，中外學者曾利用冰芯、深海記錄、中國黃土以及火山巖記錄對B-M倒轉事件發生的時間、倒轉過程尤其是海陸記錄這一事件「不同步」的現象進行了深入研究。然而，截至目前尚未見到利用陸相湖泊沉積物中的宇宙成因核素10Be來示蹤B-M地磁極性倒轉事件的研究成果報導。 

　　中國科學院地球環境研究所周衛健院士及其團隊在前期利用黃土10Be成功解決海陸B-M倒轉事件氣候記錄不同步的工作基礎上，以鶴慶古湖泊沉積物為研究對象，首次探討了利用湖泊沉積物10Be來示蹤B-M極性倒轉事件的可行性。通過高解析度的10Be、9Be等氣候代用指標的測試分析，提出利用10Be/9Be比值來指示與地磁場強度變化密切相關的10Be相對產率變化的思路。研究結果顯示B-M倒轉事件發生年代為~768.6-778.5 ka，位於MIS 19階段。該記錄與全球其他沉積物記錄具有良好的一致性，但和同剖面古地磁測定結果相比，可能存在0-60 cm的深度「錯位」。通過綜合對比分析，研究者認為沉積物剩磁的鎖固效應（lock-in）是造成這種「錯位」的主要原因。該項研究進一步表明，將傳統的古地磁參數測量和10Be示蹤方法相結合來示蹤深海沉積物及穩定的湖泊沉積物中記錄的地磁場倒轉事件轉換過程，可以校正由於lock-in效應產生的剩磁信號記錄層位的深度位移，從而獲得更加精確的地磁極性倒轉事件的記錄信息。該項研究成果目前已發表在Quaternary Science Reviews期刊上（Du Y J, Zhou W J*, Xian F, Qiang X K, Kong X H, Zhao G Q, Xie X J, Fu Y C. 10Be signature of the Matuyama-Brunhes transition from the Heqing paleolake basin. Quaternary Science Reviews, 2018, 199, 41-48.）。 

　　由於湖泊沉積物中10Be的來源和行為較為複雜，該項研究僅是針對鶴慶古湖泊沉積物的一個初步探索。後續還需要開展多個具有不同湖泊/流域特徵的沉積物研究工作，才能在湖泊10Be環境示蹤研究以及沉積物剩磁獲得過程與機理的認知方面取得更為系統、全面的理解。 

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    自20世紀初法國和日本地球物理學家Brunhes和Matuyama發現並證實了地磁倒轉現象以來, 隨著古地磁和空間地磁探測技術的發展, 以及地球發電機(The geodynamo)數值模擬獲得的巨大成功, 對地球磁場及其倒轉的認識已經取得了顯著的進步。　　迄今發現最早的地磁記錄在35~40億年前, 表明地磁場在地球形成早期就已存在(地球的年齡約為45億年)。
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