《Science Advances》铀-钍/氦（U-Th/He）测年揭示卡斯特地貌形成的秘密！

原载：元素和同位素地球化学  2024-10-13 07:11:12  

 「杂志封面」西澳大利亚州的一处特别引人注目的喀斯特地貌，这里保存着一些非常古老的风成砂岩

近日，《科学进展》杂志上发表了一项关于喀斯特地貌的新研究，科学家们使用先进的测年技术揭开了一个古老的谜团。这项研究由来自斯洛文尼亚、澳大利亚等多个机构的科研人员合作完成。喀斯特地貌是一种独特的自然景观，通常由石灰岩和其他可溶性岩石经过长时间的侵蚀和溶解作用形成。这类地貌不仅能提供有关地形演化和古气候的信息，但因其形成过程复杂，年代测定一直是个挑战。在这项研究中，科学家们关注的是西澳大利亚州的一处特别引人注目的卡斯特地貌，这里保存着一些非常古老的风成砂岩（aeolianites）。通过分析这些砂岩中的铁质结核（ferricrete nodules），他们使用铀-钍/氦（U-Th/He）测年法得出了一个惊人的结果：这些铁质结核的年龄约为102.8 + 10.6 / -11.4千年前，对应于海洋同位素阶段5c（MIS 5c）（见注释）

图1. 澳大利亚南邦国家公园的尖塔。南邦国家公园内尖塔的位置地图，包括全新世钙质泥灰岩和全新世未胶结沙子的分布情况 (A) [基于澳大利亚地质科学局1:1,000,000比例尺的地图，澳大利亚地表地质（数字数据集，2008年）；从航天飞机雷达地形测绘任务网站下载的数字高程模型]。一张显示南邦国家公园内的尖塔和地层序列的照片 (B)。一组铁质结核凝结在尖塔边缘的特写照片（箭头指向结核） (C)。

这个时期的气候异常温暖湿润，是过去50万年间该地区最湿热的间冰期之一。正是这段时间的强烈侵蚀作用导致了这些独特地貌的形成。为了验证这一结果的可靠性，研究人员采用了多种互补的方法，如光激发发光测年法（OSL）和铀-钍测年法（U-Th dating），对相关沉积物进行了测试。这些独立的数据支持了铁质结核的U-Th/He年龄，证明了这种方法的有效性和准确性。

图2. 海岸沙丘、内陆平原和悬崖的地质剖面图。垂直夸张倍数×100。Qhss，全新世安全湾沙（松散钙质沙）；Qha，全新世冲积土；Qptl，晚更新世Tamala石灰石钙质泥灰岩；Qpbs，晚更新世Bassendean沙（石英沙）；Qpc，晚更新世崩积物/沙/粘土；Qpgs，晚更新世Guildford组（沙）；Tpy，中新世Yoganup组；Tpa，中新世Ascot组；Ru，三叠纪Lesueur砂岩；Rk，三叠纪Kockatea页岩；Juy，侏罗纪Yarragadee组；Jloe，侏罗纪Eneabba Member of the Cockleshell Gully Formation（改绘自Kern (51))。

这项研究不仅解决了卡斯特地貌年代测定的一个长期难题，也为全球其他类似地貌的研究提供了新思路。通过精确测定这些地貌的形成时间，科学家们可以更好地理解第四纪期间的气候变化模式及其对生态系统的影响。这项研究为卡斯特地貌的形成机制提供了新的见解，同时也展示了先进测年技术在地质学研究中的巨大潜力。随着更多此类研究的开展，我们将能够更加深入地了解地球的历史和未来的可能性。注释 ：Marine Isotope Stage 5：海洋同位素阶段 5 或 MIS 5 是地质温度记录中的海洋同位素阶段，距今 130,000 至 80,000 年之间。MIS 5e子阶段对应于末次间冰期，也称为Eemian或Sangamonian，是全新世之前的最后一个主要间冰期，一直延续到今天。对更新世期间发生的间冰期进行了研究，以更好地了解当前和未来的气候变化。因此，将目前的间冰期（全新世）与MIS 5或海洋同位素阶段11的间冰期进行了比较。（维基百科）