The Jaramillo subchron in Chinese loess-paleosol sequences

2. Pan, Q., Xiao, G.Q.*, Zhao, Q.Y., Chen, R.S., Ao, H., Shen, Y.F., Cheng, J.Y., Zhu, Z.M., 2021. The Jaramillo subchron in Chinese loess-paleosol sequences. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 572, 110423.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2021.110423

资助项目: 国家自然科学基金委项目(41830319, 41888101)和中国科学院战略性先导项目(XDB26000000)

3.团队成员

潘卿（第一作者），2018级硕士研究生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，研究方向为磁性地层定年和黄土古气候。（联系邮箱: panqinglcu@163.com）

肖国桥（通讯作者），博士，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，副教授，主要从事第四纪地质学的教学和研究。（联系邮箱: xgqiaocug@gmail.com）

赵卿宇，2019级博士研究生，中国地质大学（武汉）地球科学学院，主要从事古气候研究。

陈瑞生，硕士，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，主要从事磁性地层研究。

敖红，博士，中国科学院地球环境研究所，研究员，主要从事磁性地层学、环境磁学和古气候学综合研究。

申艳飞，2018级硕士研究生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，研究方向为黄土碎屑锆石示踪和古气候。

程军瑶，2017级地理科学专业本科生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院。

朱宗敏，博士，中国地质大学（武汉）地球科学学院，教授，主要从事环境磁学研究。

4.成果介绍

中国黄土-古土壤序列是记录东亚地区和全球260万年以来气候变化最重要的陆相沉积(图1)，并与深海沉积、极地冰芯共同构成第四纪古气候研究的三大支柱。经过近四十年的发展，中国黄土的古气候代用指标与深海氧同位素的对比研究日趋完善。然而，一个突出的问题是，中国黄土与深海沉积记录的松山-布容古地磁极性倒转界线(Matuyama-Brunhes Boundary，MBB)的位置出现了明显的错位(图2)。

图1. 黄土高原分布示意图. 五角星代表本文研究地点，红点代表本研究涉及的黄土剖面. 

MBB代表发生在距今78万年前的一次地磁场倒转事件，具有全球同时发生的特征。在深海沉积中，MBB被记录在深海氧同位素19阶段(MIS 19)中部偏上的位置，属于间冰期。在中国黄土中，MBB却大多出现在黄土层L8的中下部，对应MIS 20，属于冰期。MBB作为一次全球性的事件，理应被海陆相沉积物同时记录在相同的气候期，但是MBB在海洋记录中却晚于中国黄土的记录。这种差别对第四纪海陆古气候对比造成了极大的困惑，阻碍了黄土精细的天文年代标尺的发展。

图2. 中国黄土磁化率与深海氧同位素的MBB错位对应关系. 

为了更好地理解黄土记录的古地磁极性界线错位的原因，有必要对MBB以外的古地磁极性界线位置进行类似的研究，探究这些极性界线是否也存在类似MBB的错位现象。最近，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院肖国桥副教授团队通过对黄土高原东南部三门峡地区两个平行黄土剖面S9-S18的地层进行高分辨率的磁性地层、相对古强度(RPI)和岩石磁学研究，并将结果与深海沉积记录的氧同位素、古地磁极性界线、RPI进行详细对比，探究了MBB和Jaramillo的理论位置及黄土古地磁极性界线错位的原因。所获得的主要发现如下：

(1) 实测Jaramillo 顶、底界在黄土高原不同剖面中各不相同，存在超过一个黄土-古土壤旋回的差异(图3)，这种差异无法用地层划分差别、沉积速率或区域气候差异来解释。Jaramillo界线在海陆位置的差异相较于MBB更加明显，因而不能以实测Jaramillo界线作为同时期海陆古气候对比的可靠依据。

图3. Jaramillo实测界线在不同黄土剖面的位置，灰色极性柱代表异常磁极性带.

(2) 中国黄土磁化率与深海氧同位素及二者记录的RPI对比显示，中国黄土Jaramillo的理论顶、底界分别位于S11顶部和S13中部，分别对应于MIS 28b和MIS 31 (图4)。黄土高原不同地区的实测Jaramillo 顶、底界位置相对理论界线发生了不同程度的上移或下移，针对此现象，本研究首次提出，地磁场强度在极性倒转时期明显减弱，导致同期形成的黄土原生沉积剩磁不稳定，受到了沉积后重磁化的影响。1.2-0.7 Ma至少存在7个地磁场强度减弱的时期，这些古地磁极性倒转或飘移事件造成的地磁场强度低值期对黄土记录的古地磁极性界线位置和异常磁极性带有重要的影响(图5)。

图4. 中国黄土与深海沉积的古气候指标与相对古强度(RPI)对比

(3) MBB下移的深度在不同剖面中存在0-9 米的变化范围(图6)，如此大的下移深度以及这种空间上不按气候特征变化的现象无法用lock-in效应来解释。本研究认为，由于L8和S7是在松山-布容古地磁极性倒转过程中堆积的地层，这一时期的弱地磁场造成了L8和S7获得的原生剩磁不稳定，其会受到布容正极性时的重磁化而导致实测MBB发生不同程度的下移，但其始终位于MB转换过程的弱地磁场时期内。由于L8和S7在布容正极性时后再也没有经历长时间的负极性期的重磁化，因此实测MBB仅能发生下移。

图5. 地磁场强度变化与中国黄土异常磁极性带的对应关系 (0.7-1.2 Ma)，阴影代表地磁场强度低值期，灰色极性柱和红色极性柱分别代表正极性期和负极性期引起的重磁化.

图6. 实测MBB在不同黄土剖面的位置，双箭头代表实测MBB与理论MBB的错位区间，灰色阴影代表地磁场强度低值期.

(4) 根据中国黄土的MBB和Jaramillo理论位置，本研究修订了~1.6 Ma以来的中国黄土磁化率与深海氧同位素的对比方案。其中，S4-S9仍然与MIS 11-25对应，与传统的海陆对比方案一致。本研究参考Jaramillo的理论界线，将S10-S22与MIS 27-55的对比方案进行了重新修订(图7)，重点将争议较大的Jaramillo附近的海陆古气候指标的对应关系调整为S10-MIS 27，S11-MIS 28b，S12-MIS 29，S13-MIS 31。

图7. 中国黄土磁化率与深海氧同位素对应关系 (0.4-1.6 Ma)