柴达木盆地东北部中新世沉积物粘土矿物变化特征与化学风化及其古气候意义

新生代以来地球上发生了一系列重大的地质、气候事件,导致全球环境和气候发生了巨大改变,其中一个最重要的科学问题是新生代显著的阶段性降温、两级冰盖形成和发展,它们是否是由于青藏高原隆升导致的剥蚀风化作用增强,从而吸收更多大气CO2最终致使全球降温的结果；还是反过来,全球降温导致了大陆风化作用的减弱。研究这个科学问题对于我们从机制和模拟上理解和预测当今的气候未来如何变化至关重要。发生在中中新世晚期的全球大降温事件或中中新世转型期MMCT,是一个绝佳的研究上述科学问题的途径。该事件在短短的约0.5Ma期间(14.2Ma～13.7Ma),全球平均温度就从中中新世气候最佳期MCO(17Ma-14Ma)突然骤降了约3℃-4℃。精确确定该时段中大陆风化作用强度和速率的变化,并且与青藏高原隆升记录和全球CO2和温度记录的对比,详细的揭示出它们之间在相位上的关系从而提供机制上的驱动信息,确定是高原构造隆升还是全球气候变化驱动了大陆风化作用的变化。柴达木盆地作为青藏高原北缘的一个巨型盆地,发育了连续完整的12000多米的巨厚新生代地层。本文以柴达木盆地东北部沉积连续且有精确地层年代控制的瑙格剖面(18.4Ma～8.1Ma)沉积物为研究对象,旨在通过该剖面沉积物粘土矿物的种类组合、含量变化、结晶度、伊利石化学指数及其粘土矿物含量比值等指标的分析,揭示该区在中新世MCO和MMCT时期风化强度和速率的变化特征,并结合柴达木盆地的沉积相、岩性、元素、孢粉和构造等其他指标的综合分析,初步探讨了该区中新世以来的风化作用强度和速率的变化与区域和全球的气候变化以及青藏高原隆升的关系和可能的耦合机制,取得以下主要结论：(1)通过对青藏高原北缘柴达木盆地东北部的瑙格剖面沉积物粘土矿物的提取分离和X射线衍射测量(XRD),并加以XRD定性、定量分析,初步获得了瑙格地区18.4Ma-8.1Ma的沉积物粘土矿物的相对含量变化、结晶度、化学指数和粘土矿物含量比值等特征的高分辨率变化序列。(2)瑙格剖面粘土矿物各指标变化序列特征揭示该区粘土矿物变化的一个最大特征就是在约厚度800米(约14Ma)处,蒙脱石含量急剧减少,从最高约98%突然骤降到约10%,而伊利石含量变化正好相反,从最低约1%猛增到约80%,伊利石结晶度值也相应的从约0.22骤降到不到0.1,而高岭石和绿泥石等其他粘土矿物变化不·是很明显。其次,约14Ma以来大致以厚度约1500米(约12Ma)和2100米(约10Ma)为界还可再细分为三个次级阶段,从约12Ma开始绿泥石含量较明显增加,从前期(14-12Ma)的平均约5%增加到约20%,伊利石结晶度及其变率有所减少,CI从前期(14-12Ma)的平均约0.25减少到约0.1,其它粘土矿物和指标变化特征不明显；从约10Ma开始,除了所有粘土矿物平均含量均略微增加外,最大的特征是所有粘土矿物和指标的变率均明显增加。(3)瑙格剖面粘土矿物各指标记录的中新世气候变化特征可分为四个阶段：18.4Ma-14Ma为相对暖湿气候特征；14Ma～12Ma为相对干冷气候；12Ma～10Ma为相对干旱气候特征；10Ma～8.1Ma期间气候属于较为干冷-暖湿交替波动阶段并在8Ma左右有干旱化的趋势。结合前人的研究成果我们推测前两个阶段(18Ma～12Ma)很可能主要受全球性气候变化控制,后两个阶段(12Ma～8.1Ma)可能受高原北部区域性干旱化或青藏高原构造隆升影响,或二者共同作用。(4)约14Ma左右蒙脱石含量急剧减少和伊利石含量急剧增加及其结晶度值、化学指数的相应骤降,揭示了沉积物源区风化作用强度此时急剧减弱,可能是对中中新世气候转型MMCT事件全球变冷的响应。而后期各粘土矿物变率明显增加可能由于区域气候开始明显变干和源区开始明显抬升,导致侵蚀强度和物源小范围频繁大幅度波动的结果。与全球中中新世气候最佳期MCO较稳定的温暖气候相比,柴达木盆地瑙格剖面粘土矿物所揭示的沉积物源区风化强度的变化频率和幅度远远大于全球气候的波动,呈现出较高频和大幅度波动的特点,可能反映了陆地气候的多变性和中新世中期青藏高原构造抬升双重作用的影响。