廣州地化所提出整合的東亞全新世火山灰地層框架
正確理解氣候突變事件的時(shí)空差異和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，需要對高分辨率古氣候記錄建立精確的年代學(xué)控制。目前東亞高分辨率湖泊記錄的定年主要依靠14C法，但該方法在萬年時(shí)間尺度存在百年的定年誤差，因而難以制約百年尺度的氣候變化。東亞廣泛存在的火山灰等時(shí)標(biāo)志層，是古氣候記錄精確定年和時(shí)間同步的有力工具。然而，在利用火山灰關(guān)聯(lián)古記錄前，需要建立細(xì)致的區(qū)域火山灰地層框架。盡管過去的幾十年間，東亞地區(qū)有大量的火山灰研究，但隨著火山灰提取、分析和定年方法的革新，區(qū)內(nèi)的火山灰信息亟待更新，過去的地層框架也難以滿足現(xiàn)今的研究需要。
針對上述問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后陳宣諭、徐義剛院士和英國合作者，對東亞的火山灰研究開展了系統(tǒng)的回顧工作。通過文獻(xiàn)梳理，該研究識(shí)別出區(qū)域內(nèi)分布最廣的二十二層全新世火山灰，它們來自日本、中國/朝鮮、韓國和俄羅斯的大型火山噴發(fā)（圖1）。根據(jù)火山灰的已知分布、玻屑地球化學(xué)特征和噴發(fā)年齡的最優(yōu)估算，該研究構(gòu)建了整合的火山灰地層框架。
圖1. 東亞全新世關(guān)鍵火山灰層的源區(qū)和分布
研究發(fā)現(xiàn)，地層框架內(nèi)的火山灰具備特征的地球化學(xué)組成（圖2）。例如：日本火山灰為低鉀和中鉀系列，主要為流紋質(zhì)。俄羅斯火山灰為中鉀流紋質(zhì)，但因具有更高的鉀和更低的鈣而可以與日本火山灰相區(qū)分。韓國火山灰具有獨(dú)特的高鉀響巖-粗面質(zhì)組分，而中國/朝鮮的火山灰則為高鉀粗面-流紋質(zhì)?？偨Y(jié)起來，框架內(nèi)不同火山的產(chǎn)物可以通過主量元素區(qū)分，但同一火山不同期次的噴發(fā)產(chǎn)物，則還需利用年代學(xué)/地層學(xué)證據(jù)加以區(qū)分。
圖2. 東亞22層全新世火山灰標(biāo)志層的主量元素玻璃地球化學(xué)組成
此外，該研究集合了區(qū)內(nèi)高分辨率古氣候記錄，結(jié)果顯示，東亞夏季風(fēng)在全新世的演化具有顯著的區(qū)域差異（圖3）。例如，華南地區(qū)的董哥洞和湖光巖顯示出早中全新世適宜期，而華北的湖泊和韓國的記錄則顯示出明顯的中全新世適宜期。更重要的是，這些記錄表明百年尺度的氣候震蕩/突變事件廣泛地出現(xiàn)在東亞季風(fēng)區(qū)。然而，現(xiàn)有的年代學(xué)模型不足以制約這類突變事件在不同記錄中的相對時(shí)間和相位的差異。該研究將構(gòu)建的火山灰地層框架與東亞夏季風(fēng)古記錄相結(jié)合，討論了火山灰標(biāo)志層在氣候突變研究中的關(guān)鍵作用。
圖3. 東亞全新世火山灰地層框架與區(qū)內(nèi)高分辨率古氣候記錄
最后，該研究指出了未來東亞火山灰年代學(xué)研究的機(jī)遇。鑒于顯微火山灰方法在東亞才剛剛起步，過去的研究僅針對肉眼可見的火山灰層。因此，未來首要的工作方向是在重要古氣候記錄中系統(tǒng)地應(yīng)用顯微火山灰方法，拓展火山灰在除日本以外地區(qū)的分布，從而實(shí)現(xiàn)利用火山灰標(biāo)志層在東亞更廣闊的區(qū)域內(nèi)鏈接古記錄。此外，單顆?；鹕讲ＡУ奈⒘吭胤治鰧⑹橇硪恢匾那斑M(jìn)方向，完備的火山灰微量元素?cái)?shù)據(jù)庫將為區(qū)分同一火山不同期次的噴發(fā)產(chǎn)物提供可能。
研究成果于近日發(fā)表在國際地學(xué)期刊《Quaternary Science Reviews》，項(xiàng)目受中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)（XDB18000000）和中國科學(xué)院對外合作重點(diǎn)項(xiàng)目（132744KYSB20130005）聯(lián)合資助。
論文信息如下：Chen, X.-Y.*, Blockley, S.P.E., Xu, Y.-G. and Menzies, M. A., 2020. Holocene tephrostratigraphic framework and monsoon evolution of East Asia: Key tephra beds for synchronising palaeoclimate records. Quaternary Science Reviews, 242, 106467.
