原位宇宙成因核素深度剖面法解析非稳态地貌演化

Deciphering non-steady landscape evolution by in-situ cosmogenic nuclide depth profile

原位宇宙成因核素在表层地球系统科学中的应用得到越来越多的关注,在10^(3)~10^(6)年尺度地表剥蚀速率模型研究中,稳定剥蚀是一个非常重要的假设.然而,如何验证稳定剥蚀的合理性或如何在非稳定剥蚀地区得到可靠的剥蚀速率成为了研究难点.宇宙成因核素深度剖面法已经被广泛应用于稳定剥蚀地区沉积物和风化壳剖面,计算剥蚀速率、暴露年龄和继承浓度.本文通过分析天津蓟县和云南腾冲两个典型地区花岗岩风化壳深度剖面样品中原位宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al浓度,使用稳态和非稳态(持续暴露、剥蚀速率变化和短期剥蚀事件)深度剖面模型解析非稳态地貌演化过程.结果表明,两地较差的稳态模型模拟结果拟合度反映花岗岩风化壳地表均处于非稳态.^(10)Be非稳态模型结果显示蓟县剖面在千年时间尺度上经历了剥蚀速率改变或地表剥蚀事件,造成剖面处于非稳定状态.剥蚀速率变化和短期剥蚀事件模型相似的速率(14.6_(−12.9)^(+9.4)和14.7_(−14.7)^(+9.0)mm kyr^(−1))可能真实地反映了地表的长期剥蚀,而高估的剥蚀速率(39.0_(−2.3)^(+2.6)和39.0_(−2.4)^(+2.5)mm kyr^(−1))可能是由于稳定剥蚀前提假设和忽略继承性浓度所致.腾冲剖面非稳态模型结果表明,在~157ka(^(10)Be)或~127ka(^(26)Al)前风化壳剖面经历了强烈的地表剥蚀,该剥蚀事件年龄与TerminationⅡ深海氧同位素阶段MIS 6冰期结束年龄(130ka)及青藏高原地区气候波动事件年龄基本一致,可能指示了青藏高原地区由冰期向间冰期转变过程中对地表地貌的强烈改造作用.与青藏高原流域剥蚀速率研究结果对比,显示稳态假设条件下的剥蚀速率与区域构造活动强度成正相关关系,表明构造活动强烈的非稳态区域的宇宙成因核素剥蚀速率很可能由于稳态假设而被高估.因此,本文建议在构造活动强烈或气候变化明显地区,结合使用深度剖面稳态和非稳态模型反演可以获得更为精确和有效的剥蚀速率和暴露年龄.