IODP 355航次最新研究成果——获得南亚季风演化与喜马拉雅—喀喇昆仑侵蚀新认识

       亚洲南部的季风气候和巨大地形高差在地球表层中颇具特色，其形成演化过程长期受到重视，成为地球科学的热点研究内容之一。最近，南京大学鹿化煜教授研究团队等利用IODP 355航次在阿拉伯海Laxmi盆地（图1）采集的样品，进行了沉积学、地球化学和古气候学的研究，获得了上新世晚期以来南亚季风演化、喜马拉雅-喀喇昆仑山系侵蚀以及阿拉伯海深海沉积的新认识，为揭示南亚地表景观变化提供了新证据。这一研究成果发表在国际学术刊物Geological Magazine上。南京大学鹿化煜是该论文的第一和通讯作者。

图1. IODP 355航次在阿拉伯海Laxmi盆地U1456和U1457钻孔位置以及南亚印度河流域的地貌地质背景。

       研究团队通过对沉积序列样品的Rb、Sr同位素和锆石U-Pb年龄测试分析（图2），认为阿拉伯海Laxmi盆地的沉积物主要来自于喜马拉雅—喀喇昆仑山系的侵蚀物质；在此基础上, 研究团队把海洋沉积物和山地地表过程作为一个耦合体系，以沉积序列的粒度大小反映地表传输动力和水流流速/量的变化，进而以沉积物粒度可作为季风降水量变化的替代指标；沉积序列样品中赤铁矿含量与山地风化强度相关，是亚洲南部风化强度的指示。基于这些认识，他们对近千个样品进行了测试，获得了晚上新世南亚季风降水和山地风化强度变化的时间序列（图3）, 成为揭示南亚地表侵蚀和环境演变的重要证据。研究团队认为, 在距今3.4-2.4 Ma期间, 阿拉伯海沉积记录揭示南亚季风降水量小、变率小、地表风化强度大；1.8-1.1 Ma期间南亚季风降水量和降水变率均增大，地表风化程度增强并且变率增大；1.1-0.1 Ma季风降水量和降水变率均减小、 风化强度中。研究团队对深海沉积记录的季风降水和地表风化强度的时间序列分析，表明其有显著的~100 ka、~41 ka和~20 ka的地球运动轨道周期，可能表明上新世以来全球温度、大气CO2浓度和海面变化等对南亚季风演化和山地地表风化侵蚀的调控作用。这项研究是利用深海记录揭示山地风化强度和季风演化的新例证。

图2. IODP 355航次钻孔样品锆石U-Pb年龄谱与潜在物源区喜马拉雅、喀喇昆仑以及印度河流域锆石年龄谱的对比

图3. ~3.4 Ma以来阿拉伯海钻孔U1456粒度和赤铁矿含量变化的时间序列揭示南亚季风降水和山地风化强度阶段性演化及其变率。

       除了南京大学研究团队外，中国科学院海洋研究所和美国、印度的科学家也参加了这项研究。全部实验测试工作在南京大学完成。论文作者中，中方人员鹿化煜教授和徐兆凯、余兆杰博士参加了2015年3-5月IODP 355航次阿拉伯海考察和钻探采样。这项研究得到了中国大洋发现计划(IODP-China)和国家自然科学基金项目(编号41888101, 41690111, 41920104005)的联合资助。

文章信息: Huayu Lu, Ruixuan Liu, Linhai Cheng, Han Feng, Hanzhi Zhang, Yao Wang, Rong Hu, Wancang Zhao, Junfeng Ji, Zhaokai Xu, Zhaojie Yu, Denise K. Kulhanek, Dhananjai K. Pandey and Peter D. Clift. Phased evolution and variation of the South Asian monsoon, and resulting weathering and surface erosion in the Himalaya–Karakoram Mountains, since late Pliocene time using data from Arabian Sea core. Geological Magazine, 2020, 157: 864-878.

https://doi.org/10.1017/S0016756820000291