根据图5-16至图5-19黄河源区5条剖面微量元素含量和比值变化曲线,结合孢粉对古环境和古气候的分析,从地球化学角度将其地质剖面分为如下几个环境变化波动区间带:
1.P6、P1剖面
沉积时代为(2239±200)ka B.P.至(707±70)ka B.P.,为早更新世-中更新世早期沉积物。总体上其Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn等元素含量波动范围较大,有明显的富集和淋失现象。本剖面大致可以分为3个阶段。底部阶段元素含量波动大,Cu、Zn、Cr、Mn以低值为主,B、Sr、Ba等以高值为主,特别是Sr含量显示较高值,Ba含量与Sr含量曲线有相似的变化特点,显示早更新世早中期环境变化剧烈。Sr/Ba比值在本段显示有一个最高值,但仍小于1。研究认为Sr/Ba比值大于1为咸(海相)水介质,Sr/Ba比值小于1为淡水介质,这说明在本段形成时为淡水环境。前面提及Sr/Ba值是随着远离湖(海)岸而逐渐增大的,Sr/Ba的高值说明当时湖水面变化出现了一个低值,该剖面远离湖泊沉积中心。中部阶段各元素波动不大,Cu、Ba、Sr、Y出现剖面中的低值,B、Cr、Zn、Mn出现高值,特别是Mn出现本剖面的最高值,Mn在湖水中常以Mn2+稳定存在,只有当湖水强烈蒸发而使Mn2+饱和时,它才会大量沉淀,这说明本段湖泊可能已经萎缩到了一定的程度。顶部阶段与底部阶段基本相似,元素含量波动明显,Cu、Zn、Cr、Mn以低值为主,B、Sr、Ba等以高值为主,Sr/Ba比值也呈现波动特征,显示湖泊逐渐萎缩。结合孢粉、粒度等指标分析认为,P6、P1剖面反映了黄河源区早更新世-中更新世早期气候温和湿润,各个微量元素变化反映母岩的风化作用整体上较强。
图5-16 哈拉滩剖面(P6)、野牛沟剖面(P1)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果
2.P5剖面
沉积时代为(646±63)ka B.P.至(334±30)ka B.P.,为中更新世沉积物,主要以粉砂质黏土为主。总体上Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn各元素含量变化不大,但波动明显,有明显富集现象。该剖面根据各元素(B、Y、Sr)变化特点和Sr/Ba比值大致可划分为3个阶段。早期底部阶段B含量较高,Cr、Sr、Ba含量较高,Sr出现了本剖面中的最大值,Sr/Ba比值较低,波动幅度也不大。研究表明,水体中B的含量与水体中的盐度存在线性关系,B含量越大,沉积物吸附的B离子越多。一般认为若B含量平均大于135μg·g-1,说明其沉积环境为干旱-半干旱的盐湖沉积环境;若B含量平均小于、等于135μg·g-1,表明沉积时处于较潮湿的盐湖环境。本段中B含量远小于135μg·g-1,说明本段为淡水沉积,沉积环境较潮湿。Sr含量低指示潮湿的气候背景,高值指示干旱的气候背景,本段中出现了Sr含量的高值,说明在潮湿的气候背景下出现了短暂的干旱气候。中间阶段,各元素含量均较低,显示风化较弱,其中Sr、Ba、Y、Mn均出现了本剖面中的最小值,Sr/Ba比值也出现了剖面中的最小值,说明本阶段进入湖泊的扩张阶段,气候变化温和,整个地球化学风化较弱。上部阶段,各元素含量波动变化明显,Cu、Zn、Ba、Y元素出现本剖面中的最大值,B元素显示明显的3次波动旋回,Sr元素含量在波动中逐渐上升,Sr/Ba比值也波动幅度加大。B含量的升高与湖泊水体的含盐度相关,本段B含量3次增高,可能显示湖泊有3次萎缩过程,同时高的Sr/Ba比值也说明湖泊出现了3次萎缩过程。Sr含量指示干旱环境,本段Sr含量逐渐增大,说明气候向干旱方向发展。
图5-17 牛头碑剖面(P5)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果
3.P2剖面
沉积时代为(306±63)ka B.P.至(11±2)ka B.P.,为晚更新世沉积物。总体上Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn各元素含量变化不大,但波动明显。该剖面根据各元素(Cu、B、Mn、Y、Sr)变化特点和Sr/Ba比值变化大致可划分为2个阶段。早期底部阶段,B、Cr、Zn、Sr、Ba含量比较低,Sr/Ba比值较低,但波动幅度较大,出现4次波峰。B、Cr、Mn各出现1次波峰,均为本剖面中的最大值。Sr含量总体表现为先降低再升高的趋势,高Sr为干旱气候环境,低Sr为潮湿环境,该段Sr含量特点说明气候先由干旱向湿润发展,再向干旱发展。B、Cr、Mn的最大值也说明出现过比较大的气候干旱期,湖泊水体变小。晚期阶段,元素Zn、Sr、Ba、Y等变化剧烈,显示气候变化频繁,B、Cr、Zn、Sr、Mn等元素含量有逐渐增多的趋势,Ba元素出现了整个剖面的最大值,Sr/Ba比值变化比较平缓,这一特征显示气候有逐渐变干的趋势,但变化平缓。
4.P3剖面
沉积时代为(10±2)kaB.P.至(8±2)kaB.P.,为全新世早期沉积物。总体上Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn各元素含量变化较大,波动明显。该剖面Cu有3 次大的波动,B、Cr、Sr、Ba元素前期变化比较平缓,变化幅度不大,晚期变化幅度加大,Y、Mn和Sr/Ba比值显示由高到低再升高的特点,而且后期明显升幅较快。这一特点说明,在早中期湖泊水体逐渐增大,黄河源区气候比较湿润,这和前人报道的黄河源大暖期相一致,后期B、Zn、Sr、Mn等含量突然增高,Sr/Ba含量也增高到本剖面中的最大值,说明气候突然恶化,湖泊萎缩,湖泊之间变为河道相连,进入现代湖泊、河流共存阶段。
图5-18 大野马岭剖面(P2)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果
图5-19 黑河乡剖面(P3)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果
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根据图5-16至图5-19黄河源区5条剖面微量元素含量和比值变化曲线,结合孢粉对古环境和古气候的分析,从地球化学角度将其地质剖面分为如下几个环境变化波动区间带:
1.P6、P1剖面
沉积时代为(2239±200)ka B.P.至(707±70)ka B.P.,为早更新世-中更新世早期沉积物。总体上其Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn等元素含量波动范围较大,有明显的富集和淋失现象。本剖面大致可以分为3个阶段。底部阶段元素含量波动大,Cu、Zn、Cr、Mn以低值为主,B、Sr、Ba等以高值为主,特别是Sr含量显示较高值,Ba含量与Sr含量曲线有相似的变化特点,显示早更新世早中期环境变化剧烈。Sr/Ba比值在本段显示有一个最高值,但仍小于1。研究认为Sr/Ba比值大于1为咸(海相)水介质,Sr/Ba比值小于1为淡水介质,这说明在本段形成时为淡水环境。前面提及Sr/Ba值是随着远离湖(海)岸而逐渐增大的,Sr/Ba的高值说明当时湖水面变化出现了一个低值,该剖面远离湖泊沉积中心。中部阶段各元素波动不大,Cu、Ba、Sr、Y出现剖面中的低值,B、Cr、Zn、Mn出现高值,特别是Mn出现本剖面的最高值,Mn在湖水中常以Mn2+稳定存在,只有当湖水强烈蒸发而使Mn2+饱和时,它才会大量沉淀,这说明本段湖泊可能已经萎缩到了一定的程度。顶部阶段与底部阶段基本相似,元素含量波动明显,Cu、Zn、Cr、Mn以低值为主,B、Sr、Ba等以高值为主,Sr/Ba比值也呈现波动特征,显示湖泊逐渐萎缩。结合孢粉、粒度等指标分析认为,P6、P1剖面反映了黄河源区早更新世-中更新世早期气候温和湿润,各个微量元素变化反映母岩的风化作用整体上较强。
图5-16 哈拉滩剖面(P6)、野牛沟剖面(P1)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果
2.P5剖面
沉积时代为(646±63)ka B.P.至(334±30)ka B.P.,为中更新世沉积物,主要以粉砂质黏土为主。总体上Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn各元素含量变化不大,但波动明显,有明显富集现象。该剖面根据各元素(B、Y、Sr)变化特点和Sr/Ba比值大致可划分为3个阶段。早期底部阶段B含量较高,Cr、Sr、Ba含量较高,Sr出现了本剖面中的最大值,Sr/Ba比值较低,波动幅度也不大。研究表明,水体中B的含量与水体中的盐度存在线性关系,B含量越大,沉积物吸附的B离子越多。一般认为若B含量平均大于135μg·g-1,说明其沉积环境为干旱-半干旱的盐湖沉积环境;若B含量平均小于、等于135μg·g-1,表明沉积时处于较潮湿的盐湖环境。本段中B含量远小于135μg·g-1,说明本段为淡水沉积,沉积环境较潮湿。Sr含量低指示潮湿的气候背景,高值指示干旱的气候背景,本段中出现了Sr含量的高值,说明在潮湿的气候背景下出现了短暂的干旱气候。中间阶段,各元素含量均较低,显示风化较弱,其中Sr、Ba、Y、Mn均出现了本剖面中的最小值,Sr/Ba比值也出现了剖面中的最小值,说明本阶段进入湖泊的扩张阶段,气候变化温和,整个地球化学风化较弱。上部阶段,各元素含量波动变化明显,Cu、Zn、Ba、Y元素出现本剖面中的最大值,B元素显示明显的3次波动旋回,Sr元素含量在波动中逐渐上升,Sr/Ba比值也波动幅度加大。B含量的升高与湖泊水体的含盐度相关,本段B含量3次增高,可能显示湖泊有3次萎缩过程,同时高的Sr/Ba比值也说明湖泊出现了3次萎缩过程。Sr含量指示干旱环境,本段Sr含量逐渐增大,说明气候向干旱方向发展。
图5-17 牛头碑剖面(P5)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果
3.P2剖面
沉积时代为(306±63)ka B.P.至(11±2)ka B.P.,为晚更新世沉积物。总体上Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn各元素含量变化不大,但波动明显。该剖面根据各元素(Cu、B、Mn、Y、Sr)变化特点和Sr/Ba比值变化大致可划分为2个阶段。早期底部阶段,B、Cr、Zn、Sr、Ba含量比较低,Sr/Ba比值较低,但波动幅度较大,出现4次波峰。B、Cr、Mn各出现1次波峰,均为本剖面中的最大值。Sr含量总体表现为先降低再升高的趋势,高Sr为干旱气候环境,低Sr为潮湿环境,该段Sr含量特点说明气候先由干旱向湿润发展,再向干旱发展。B、Cr、Mn的最大值也说明出现过比较大的气候干旱期,湖泊水体变小。晚期阶段,元素Zn、Sr、Ba、Y等变化剧烈,显示气候变化频繁,B、Cr、Zn、Sr、Mn等元素含量有逐渐增多的趋势,Ba元素出现了整个剖面的最大值,Sr/Ba比值变化比较平缓,这一特征显示气候有逐渐变干的趋势,但变化平缓。
4.P3剖面
沉积时代为(10±2)kaB.P.至(8±2)kaB.P.,为全新世早期沉积物。总体上Cu、B、Cr、Zn、Sr、Ba、Y、Mn各元素含量变化较大,波动明显。该剖面Cu有3 次大的波动,B、Cr、Sr、Ba元素前期变化比较平缓,变化幅度不大,晚期变化幅度加大,Y、Mn和Sr/Ba比值显示由高到低再升高的特点,而且后期明显升幅较快。这一特点说明,在早中期湖泊水体逐渐增大,黄河源区气候比较湿润,这和前人报道的黄河源大暖期相一致,后期B、Zn、Sr、Mn等含量突然增高,Sr/Ba含量也增高到本剖面中的最大值,说明气候突然恶化,湖泊萎缩,湖泊之间变为河道相连,进入现代湖泊、河流共存阶段。
图5-18 大野马岭剖面(P2)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果
图5-19 黑河乡剖面(P3)微量元素含量及Sr/Ba比值分析结果