应用宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al估算剥蚀面的暴露时间及剥蚀速率和剥蚀厚度

宇宙成因核素10 Be和2 6Al的浓度记录着岩层剥蚀面的暴露时间和岩石剥蚀速率等信息。利用数学换算法分析影响10 Be和2 6Al浓度的因素 ,并利用10 Be和2 6Al的半衰期的近似倍数关系建立联立方程组 ,从理论上得到了年轻地质体中遭受快速埋藏的剥蚀面的暴露时间和剥蚀速率的估算公式。在此基础上 ,对整个剥蚀区不同位置剥蚀速率进行了分析。通过分析可以更准确地估算出整个剥蚀区不同位置的剥蚀厚度 ,从而可恢复剥蚀面的古地貌。

原地生成宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al样品采集及处理

着重介绍原地生成宇宙成因核素10Be和26Al理想样品的特点、野外采集注意事项、实验室分离与纯化以及加速器质谱测量用靶样制备等。

宇宙成因核素^(10)Be,^(26)Al:原理及其在地表过程中的应用

地表岩石中宇宙成因核素10Be和26Al含量是侵蚀速率和辐射时间的函数,通过对岩石中10Be和26Al含量的测定能反映较长时间(103~107a)和较大空间尺度上的侵蚀作用大小和过程.根据10Be含量估算出长江中下游地区平均侵蚀速率为30~60m·Ma-1,攀枝花至三峡长江流域内地表平均侵蚀速率为200m·Ma-1.

宇宙成因核素^(10)Be的地球化学行为及其在黄土示踪研究中的应用

^(10)Be是一种典型的长寿命宇宙成因核素,对其在自然界中的分布规律、迁移形式和赋存状态等地球化学行为特征的研究,是利用沉积物^(10)Be记录进行定年和环境示踪研究的理论基础。其中明确^(10)Be在不同沉积物中的赋存状态是研究^(10)Be保存性的基础,而^(10)Be在固相和液相介质中的分配系数Kd则主要反映了^(10)Be在固相和液相中的迁移能力,对研究自然界不同沉积物中^(10)Be的迁移性至关重要,直接影响到沉积物中^(10)Be环境示踪研究的有效性。本文尝试总结了大气成因^(10)Be在海洋、河流沉积物和土壤中的赋存状态,分析了^(10)Be分配系数Kd的分布范围及其主要控制因素。在此基础上以土壤中^(10)Be的分布特征、迁移规律及影响因素研究为参考实例,对比分析了目前已有对黄土-古土壤序列中^(10)Be地球化学行为研究取得的主要成果,建议未来应从地球化学机制方面进一步加强对黄土地层序列^(10)Be分布特征、浓度变化规律及可能影响因素的综合研究,为黄土^(10)Be示踪研究提供更全面的理论依据。

利用宇宙成因核素^(10)Be,^(26)Al估算流域侵蚀速率的原理与应用

地表侵蚀是地貌演化的外营力。定量估算地表侵蚀速率,探讨其与构造活动,气候变化的响应和反馈是地学研究的重要课题之一。利用河流阶地沉积物或盆地沉积物宇宙成因核素(10Be and26Al)可获取流域万年尺度平均侵蚀速率时间序列,弥补了热年代学获得的百万年平均剥露速率和水文观测获得的年代级侵蚀速率之间的环节。地表及其附近岩石中的矿物的原子核受到来自外层宇宙空间的高能宇宙射线粒子的轰击,发生核反应而产生放射性核素,然后被快速埋藏,不再接受宇宙射线辐射。总体上,它们在地表的暴露时间短暂,宇生核素含量低,埋藏后宇生放射性核素随时间流逝而衰减。利用10Be和26Al估算流域古侵蚀速率基于此原理,通过测试河流沉积物或盆地沉积物的年代,结合10Be浓度,进而估算流域的平均侵蚀速率。应用宇生核素方法研究流域侵蚀速率,具有采样简便,精确度高,应用范围广等优势,可以反映更大时间尺度和更广空间尺度上的侵蚀速率变化情况,利用10Be和26Al等核素方法对第四纪至全新世的地表演化进行研究正成为一种重要的研究方法。

宇宙成因核素^(10)Be 在全球变化研究中的一些应用

^(10)Be是宇宙射线高能粒子与大气主要成分氮、氧原子核进行散裂反应的产物,通过大气降水沉降到地表。本文介绍了^(10)Be在大气圈降水、极冰、深海沉积物、锰结核、土壤、黄土、湖相沉积物、生物圈等环境系统的分布特征,并对^(10)Be变化与太阳活动变化的关系、^(10)Be产生率与地球磁场极性倒转关系、^(10)Be沉积速率与各种全球传输过程关系,以及^(10)Be作为一种测年工具的应用前景等进行了广泛的论述。

古乡冰期和白玉冰期的宇宙成因核素^(10)Be定年

古乡冰期和白玉冰期是青藏高原迄今划分的第四纪冰期中,具有代表性的2个冰期,他们被广泛看作是高原及周边山地晚第四纪冰期划分的蓝本,但这两次冰川作用年代一直处于推测状态.运用宇宙成因核素测年方法对这两次冰川作用遗留的冰川漂砾的暴露年龄进行了定年研究,得到古乡冰期漂砾的暴露年龄为(112.9±16.7)～(136.5±15.8)ka BP,白玉冰期漂砾的暴露年龄为(11.1±1.9)～(18.5±2.2)ka BP.从而确认,2个冰期可分别与深海氧同位素6阶段和2阶段对应.

宇宙成因核素^26Al/^10Be埋藏测年法在宁夏沙坡头黄河砾石阶地年代研究中的应用

本文利用宇宙成因核素^26Al/^10Be埋藏测年法对宁夏沙坡头地区黄河左岸的T5、T6、T8和T9阶地开展了年代学研究。采用简单快速埋藏模式获得4级阶地的^26Al/^10Be埋藏年龄分别约为0.25Ma、0.36Ma、0.59Ma和1.06Ma，如果考虑后期剥蚀作用的影响（E≈5m/Ma），则4级阶地的年龄分别约为0.42Ma、0.39Ma、1.02Ma和1.59Ma。本研究未发现砾石大小与^10Be、^26Al核素浓度及^26Al/^10Be比值有明显相关性。

原位宇宙成因核素深度剖面法解析非稳态地貌演化

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.

宇宙成因核素^10Be在古侵蚀速率研究中的原理与应用

河流沉积物中的宇宙成因核素^10Be记录了百万年尺度的古侵蚀速率信息,为定量揭示构造-气候-地表侵蚀之间的耦合关系提供了一个可靠途径。尽管目前基于宇宙成因核素获取古侵蚀速率的相关研究尚处于起步阶段,然而这一方法弥补了以往通过盆地沉积速率表征古侵蚀速率带来的缺陷和不足,同时相对热年代学方法具有更高的时间分辨率。本文在回顾宇宙成因核素法计算流域平均侵蚀速率原理的基础上,重点阐述了近年来有关基于河流沉积物中的^10Be核素浓度获取古侵蚀速率的方法原理、计算参数、假设(前提)条件和采样策略,以期促进该方法在地表-地貌过程领域得到更广泛的应用。随后总结了应用该方法解释或揭示构造和气候驱动地貌演化的研究实例;并以此为基础,思考了古侵蚀速率研究的未来应用方向,即有望进一步揭示构造、气候和地表侵蚀过程三者之间的相互关系,进而助推青藏高原晚新生代以来地貌、地形演化的定量化发展。

应用河流阶地^(10)Be深度剖面计算千年至十万年尺度流域平均古侵蚀速率

古侵蚀速率的时空变化规律是研究构造-气候-地表侵蚀之间耦合关系的重要线索。已有的研究多侧重于百万年(10~6)或百年(10~2)尺度上的侵蚀速率限定,但对千年至十万年(10~3~10~5)尺度上的侵蚀速率限定较少。河流阶地的发育能够延续千年至十万年,其沉积记录保留了大量流域侵蚀信号,为建立该时间尺度上的流域古侵蚀速率记录提供了理想的数据支撑。本研究介绍了一种千年至十万年尺度上的流域平均古侵蚀速率计算方法。基于河流阶地^(10)Be深度剖面,约束阶地表面沉积物的^(10)Be继承浓度和阶地面废弃年龄,进而计算出多期阶地发育期间的流域平均古侵蚀速率。随后,以青藏高原东北缘北祁连西段为例,基于山前6条河流(自西向东分别为石油河、白杨河、北大河、洪水坝河、丰乐河和马营河)已发表的16个阶地^(10)Be深度剖面数据(共81个^(10)Be样品)和7个现代河道沉积物的^(10)Be浓度数据,建立了北祁连西段约200 ka以来的流域平均侵蚀速率记录(共23个侵蚀速率值)。结果表明,北祁连西段千年至十万年尺度上的流域平均古侵蚀速率变化趋势与气候波动曲线之间存在较强的对应性,揭示了气候变化是引起流域地表侵蚀的关键因素。上述实例证明,应用河流阶地^(10)Be深度剖面可有效地计算千年至十万年尺度上的流域平均古侵蚀速率,并有助于深入剖析构造、气候和地表侵蚀过程三者之间的潜在关系,进而推动活动造山带地区定量地貌学研究的发展。

延安典型丹霞地貌景观特征及发育演化研究

本文是在延安典型丹霞地貌景观特征分析的基础上,采用宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al技术获得暴露年龄和侵蚀速率,研究“黄土覆盖型沟谷丹霞”地貌景观的演化历史。研究结果显示:延安典型丹霞地貌的类型有狭缝式、石蘑菇式、天生桥式,其中狭缝式丹霞的景观特征为“窄狭、多弯、韵律、多彩”,同时也是典型的“黄土覆盖型沟谷丹霞”,石蘑菇式丹霞造型奇特,天生桥式丹霞地貌整体规模宏大,这两者发育都严格受控于垂直节理和外力作用的侵蚀;运用宇宙成因核素^(10)Be和^(26)Al技术,计算获得志丹猫巷狭缝式丹霞地貌的暴露年代有两期,分别为(0.75±18)~(0.83±0.14)ka和(1.14±13)~(1.29±0.30)ka,安塞王家湾石蘑菇式丹霞地貌暴露年代为(1.76±0.45)~(1.77±0.15)ka,这两处丹霞地貌暴露地表的年代都在全新世(Qh),前者晚于后者,地貌较年青;运用宇宙成因核素^(10)Be-^(26)Al计算获得两处典型丹霞地貌侵蚀速率为(39±3.3)~(104±24.4)cm·ka~(-1),与目前国内外学者研究地表和基岩得到的侵蚀速率对比,这两处典型丹霞地貌的侵蚀速率较大,结果还有待进一步研究;延安典型丹霞地貌景观发育的演化始于白垩纪红层的堆积,大致都经历了四个演化阶段,初步揭示了地质构造、上覆黄土盖层以及流水等多种因素共同控制和影响延安典型丹霞地貌的形成,演化阶段总体都处于青年晚期。

云南怒江丙中洛河段第三级阶地^10Be暴露年龄

宇宙成因核素可用于河流阶地测年,然而保存于阶地面上的漂砾暴露年龄是否能代表其形成年代还缺乏深入研究。应用宇宙成因核素^(10)Be对怒江丙中洛河段第三级阶地上的花岗岩漂砾进行测年研究,结果显示继承性组分可以忽略,而风化侵蚀将对其暴露年龄产生较大影响。基于采集自第三级阶地保存较好的基岩中石英脉样品,应用有效暴露年龄、暴露时间与风化速率间的关系图解出花岗岩漂砾的风化速率为0.3cm/ka,并据此得到第三级阶地的形成年代大约为150～203ka。

^10Be产率-地磁场转换方程的建立及其在黄土研究中的应用

建立了10Be产率-古地磁场强度的便捷转换方程,并以洛川剖面最近80ka的10Be浓度记录结合磁化率等气候代用指标为研究对象,利用全新的LGM分离方法将影响黄土10Be浓度的气候因素和地磁场因素进行了分离,成功示踪了末次冰期阶段拉尚(Laschamp(42ka))、莫诺湖(Mono Lake(32ka))等古地磁漂移事件,进而定量重建了最近80ka地磁场强度变化历史.重建结果与全球典型地磁场强度曲线(SINT-200,NAPIS75等)具有几乎同步的变化特征,从而表明采用LGM方法和新的转换方程在利用黄土10Be记录示踪和重建古地磁场强度研究中的实用意义及应用前景.通过分析表明,季风区降水的不均匀性是导致黄土10Be浓度无法直接示踪古地磁场漂移事件的主要原因,而来自粉尘源区的尘降10Be浓度和尘降磁化率具有"准恒定分布"特征.