新疆黄土的释光年代学及晚第四纪气候变化模式研究

Xinjiang, located in the Central Asian, is significantly under the influence of westerlies, where whether past climate change in phase with monsoonal region in East China has been in controversy. Widely distributed loess-paleosol sequences in Xinjiang are potential records of studying late Quaternary climate change on orbit and sub-orbit scales. Due to lack of organic materials for reliable C-14 dating in Xinjiang loess, Optical Stimulated Luminescence (OSL) dating technology seems to be the primary choice of establishing loess chronology. However, OSL dating using quartz grains has shown several problems in Xinjiang loess. While Infrared Stimulated Luminescence (IRSL) dating of Potassium feldspar (K-feldspar) is an alternative choice for Xinjiang loess. This study tries to select typical loess profiles deposited during last interglacial from Yili, northern foothill of Tianshan Mt. and northern foothill of Kunlun Mt. to explore new OSL dating method usinge K-feldspar grains by multi-elevated-temperature post-IR IRSL (MET-pIRIR), as well as problems occurring in traditional OSL using quartz grains. We attempt to use different reliable OSL dating methods for Xinjiang loess, to establish last interglacial loess-paleosol chronology. Combining loess-paleosol chronology, environmental magnetic parameters, grain size and total organic carbon isotopes, climate evolution of orbital scale during last interglacial as well as of sub-orbital scale during last glacial and Holocene in Xinjiang can be well understood, thus providing knowledge of recognize how westerlies, east Asian summer monsoon and northern hemisphere ice volume could affect climate change in Central Asia.

西风环流显著影响的新疆地区，气候变化模态是否与我国东部季风区不同一直存在争论。较广泛分布的新疆黄土为开展轨道尺度和亚轨道尺度气候变化提供了良好记录，晚第四纪以来新疆黄土因缺少可靠碳14测年材料，光释光测年成为建立晚第四纪新疆黄土年代序列的主要途径，但光释光测年在测定新疆黄土时面临困境。本研究拟选择新疆伊犁、天山北麓和昆仑山北麓末次间冰期以来的典型黄土剖面，探索新的释光测年方法，使用钾长石红外释光MET-pIRIR测年方法，并研究传统释光测年中石英颗粒测年存在的问题，建立一套可靠的光释光测定新疆黄土的方法，最终建立末次间冰期以来黄土-古土壤年龄框架。结合黄土-土壤序列，选择环境磁学参数、粒度指标和有机碳同位素指标，认识末次间冰期旋回轨道尺度，末次冰期内部和全新世内部亚轨道尺度的气候变化历史，讨论新疆气候变化模态，为理解西风环流、东亚夏季风和北半球冰量变化对中亚气侯变化的影响提供可靠依据。

较广泛分布的新疆黄土为开展轨道尺度和亚轨道尺度中亚干旱区气候变化提供了良好记录，该地区黄土记录的古气候变化由于缺乏可靠年龄还存在较大争议。本课题通过对天山北麓30米厚BYH10剖面和2.8米厚LJW10剖面进行了高分辨率粗颗粒（63-90 μm）石英光释光（OSL）和钾长石红外后红外释光（pIRIR）测年研究，开展了石英OSL信号和钾长石pIRIR信号可靠性分析，进行了石英和和钾长石年龄的相互验证。结合黄土沉积记录，古环境代用指标，高分辨率年龄序列重建了晚第四纪中亚干旱区的气候变化模式，探讨了可能的驱动机制。结果表明石英OSL测年可用于40 ka以来天山北麓黄土样品的年龄测定，石英OSL测年用于伊犁河谷样品时存在由灵敏度低导致的离散度高的问题。使用激发温度290 °C的钾长石pIR50IR290和pIR200IR290信号可用于至少150 ka以来天山北麓和伊犁河谷更新世黄土样品年龄测定。使用激发温度170 °C的钾长石pIR50IR170信号可以用于粗颗粒和中颗粒(38-63 μm)全新世黄土样品年龄测定。天山北麓黄土沉积主要发生在倒数第二次冰期和末次冰期，黄土沉积存在大于50 ka的沉积间断。黄土沉积与区域内石笋生长记录在冰期-间冰期旋回具有可对比性，在冰期黄土快速堆积，石笋缺乏生长，在间冰期黄土停止沉积而石笋大量生长。中亚干旱区在轨道旋回尺度主要为冰期冷干、间冰期暖湿的气候模式，与东亚季风区一致。中亚干旱区早全新世整体为干旱环境，有效湿度在中全新世~5.8 ka开始到逐渐增强，其中5.8-4.9, 4.6-3.9, 3.3-3.0 ka为有效湿度进一步显著增强时期，与东亚季风区早全新世干旱，中全新世湿润，晚全新世相对湿润的气候模式不同，印度季风驱动的北半球大气环流遥相关（CGT）在全新世的变化可能是导致中亚干旱区有效湿度变化的原因。本课题通过开展天山地区黄土钾长石pIRIR测年方法学研究，为建立中亚干旱区黄土记录可靠年龄框架提供了新的方法和思路。基于黄土记录重建的冰期-间冰期旋回尺度和亚轨道尺度全新世内部气候变化模式，为理解中亚干旱区在不同时间尺度气候变化模式及驱动机制提供了可靠依据。