黄土高原红粘土与黄土古土壤粒度特征对比--红粘土风成成因的新证据

对黄土高原具有代表意义四个剖面的晚第三纪红粘土样品进行了粒度分析,并将结果与典型风成黄土古土壤样品的粒度特征进行详细对比,得到红粘土是风成成因的沉积学证据。结果表明,黄土高原红粘土与其上覆第四纪古土壤形成环境相似,红粘土是在相对于黄土堆积搬运风动力变幅小的条件下沉积的,在沉积之后受到较强的风化成壤改造作用。     

黄土高原与伊犁黄土磁学特征对比及启示

近30年来世界黄土磁学性质及其古气候意义研究取得了重大进展,并提出了“成壤说”和“风速论”两种主要的磁化率增强模式.由于两种模式是针对特定地区黄土地层的磁学性质变化规律提出的,其应用范围有限,然而模型描述的影响磁化率的增强因素是否可能普遍适用于黄土地层?近些年来的研究结果倾向于肯定这种假设.本研究选取黄土高原和伊犁地区黄土进行磁学分析进一步探讨这个假设存在的可能性.磁化率测量结果发现伊犁地区的古土壤/黄土层与xlf曲线的峰/谷对应关系不明确,且分布范围和平均值的差别小,区别于黄土高原.岩石磁学分析结果表明黄土高原和伊犁地区黄土/古土壤地层的磁学性质受磁铁矿(和磁赤铁矿)控制,细粒磁性矿物和低矫顽力矿物对地层总体磁性的贡献与成壤强度呈正相关关系;区别在于黄土高原黄土的磁性矿物含量与地层成壤强度呈现良好正相关关系,伊犁黄土中磁性矿物含量与成壤强度无明确相关关系,且总体高于黄土高原黄土.后者的细粒磁性矿物和低矫顽力矿物百分比含量显著高于伊犁黄土.研究结果表明两种磁化率增强因素在黄土中是普遍存在的,在不同环境下两种因素对磁化率的贡献不同,因此磁化率在不同的环境下具有不同的环境指示意义,磁化率作为降水量的代用指标并不适用于所有黄土剖面.相比较而言,反映细粒磁性矿物和低矫顽力矿物百分比含量的磁学参数以及反映粗粒磁性矿物含量的磁学参数更适合于古气候研究.     

风尘堆积全岩和石英粒度变化对风化成壤强度的指示

已有研究表明,黄土中的石英组分在黄土区的气候条件下基本不受风化作用的影响.文章对西峰剖面新近纪风成三趾马红土和第四纪黄土-古土壤序列样品进行全岩和石英粒度测试,并计算了不同风化成壤强度样品的全岩-石英粒度中值粒径差值.结果显示,与石英粒度相比,全岩样品含有更多的细粒组分,表明全岩粒度是风尘原始粒度与后期风化成壤作用共同的产物.根据此原理,用二者中值粒径差值定义一个风化指数(Gw),风化强度愈强,Gw愈大,可作为反映风化成壤强度的有效指标.该指标在西峰剖面6.2Ma以来风成堆积序列的应用显示,晚中新世-上新世期间风化强度较强,第四纪以来风化强度呈总体减弱趋势,其趋势与不断增大的全球冰量和粉尘沉积速率相吻合.我们认为,全球变冷和亚洲内陆干旱化程度的加剧是导致风化成壤强度降低的主要原因.     

新疆伊犁黄土磁化率增强机制差异性分析

本文对处于西风区的新疆伊犁昭苏黄土剖面进行了磁化率和粒度分析,初步探讨了伊犁黄土磁化率增强机制的差异性。研究表明,伊犁黄土虽然粘土含量较黄土高原黄土高,但细粒组分对磁化率的贡献非常有限,粗颗粒组分对磁化率贡献较大,说明磁性载体主要存于粗颗粒组分中。同时研究发现地形、沉积环境、源区矿物组分和气候等多种因素对磁化率产生不同程度的影响。伊犁黄土磁化率成因机制既具有阿拉斯加风速论模式的特点又叠加了黄土高原成壤作用的模式,即使在同一剖面的不同时段两种模式对磁化率增强的贡献也不同,伊犁黄土磁化率增强机制存在着时空差异性。     

末次间冰期以来黄土古土壤容重特征

通过洛川剖面和白草塬剖面末次间冰期以来黄土古土壤容重序列的建立,对比磁化率、粒度及深海氧同位素分析发现,六盘山东西两侧不同气候区黄土古土壤具有不同的容重值,其成因亦不同。六盘山以东半湿润半干旱气候区黄土古土壤容重值受成壤作用影响,主要由夏季风控制;而六盘山以西半干旱气候区容重值受沉积物粒度影响,主要受冬季风控制。并且在空间上自黄土高原西北向东南容重值呈变大趋势。     

新疆伊犁地区典型黄土磁学特征及其环境意义初探

黄土地层记录的磁学参数受控因素复杂,全球不同地区黄土磁化率的主要受控因子存在差别.文章在伊犁地区选取两个地层磁化率与成壤作用分别存在较明显正相关和负相关的典型黄土剖面,进行了系统磁性地层学研究.结果表明伊犁地区黄土地层中磁性矿物浓度较大,磁学性质主要受呈现准单畴状态磁铁矿控制,黄土沉积物中磁性矿物主要为原生矿物,后期改造作用弱,地层的磁学特征受物源影响明显.地层的成壤强度与地层中磁性矿物浓度无明显相关关系,与磁性矿物中细粒磁性矿物的含量呈正相关关系.本研究结果暗示伊犁地区黄土沉积物的磁化率增强模式既区别于典型的西伯利亚黄土"风速说"模型,也不同于中国黄土高原"成壤说"模型;当后期改造作用弱时,地层的磁学特征主要受物源影响;随着地层成壤作用的增强,对原生磁性矿物的改造作用逐渐增强,次生磁性矿物含量逐渐增加,磁化率变化规律趋近于"成壤说"模型.     

最近13万年以来洛川黄土剖面中固定铵态氮的古气候意义

对13万年以来洛川黄土-古土壤序列中固定铵态氮进行了分析.末次间冰期S1古土壤中固定铵态氮含量最高,其次为冰后期S0古土壤,末次冰期形成的马兰黄土最低;而且,固定铵态氮的分布在马兰黄土中也能体现出三次小的低-高值的波动特征.洛川黄土13万年以来固定铵态氮的分布与磁化率和<2μm组分的分布相似.在此基础上,利用马兰黄土中粒度与固定铵态氮的相关关系,计算了S1古土壤中固定铵的分布,并与实测结果进行了对比,推测S1古土壤中固定铵态氮有轻微的损失,尽管如此,S1古土壤中固定铵态氮含量仍然高于黄土.鉴于黄土-古土壤序列中固定铵态氮的分布与粉尘粒度有密切的关系,能与气候变化较好地对应,它可视为反映黄土高原区东亚冬季风强-弱周期性变化较好的替代性指标.     

新疆尼勒克黄土岩石磁学特征及变化机制研究

新疆黄土与黄土高原黄土相比,无论在物源还是后期成土环境方面都存在较大差异,因此二者的磁学特征有所不同。本文选取伊犁尼勒克地区的一个黄土-古土壤剖面进行了系统的岩石磁学及粒度研究。实验结果表明尼勒克剖面中磁性矿物具有以下特征:1)以亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,并含有一定量的反铁磁性矿物赤铁矿和针铁矿;2)各黄土层成壤作用弱,磁性矿物以原始输入的粗颗粒MD和PSD为主。PS_1古土壤层成壤作用强,以细颗粒SD为主。弱发育古土壤层PS。既包含SD颗粒,又有粗颗粒。各地层均不含SP颗粒;3)PS_1古土壤层原始含铁矿物输入量略低于黄土高原地区,其他各地层均高于黄土高原地区,但受成土作用及其他因素影响,剖面中亚铁磁性矿物含量远低于黄土高原黄土-古土壤层。PS_1古土壤层成壤作用强,在新疆地区较为少见,但其磁化率却低于各黄土层,说明尼勒克黄土-古土壤磁化率变化机制与黄土高原地区不同。古土壤层原始输入含铁矿物的量较黄土层低,但原始含铁矿物只是影响剖面磁化率变化的原因之一。PS_1古土壤层在沉积后期受到间歇性水流作用,成土成因的强磁性SP磁铁矿/磁赤铁矿颗粒遭受破坏并转化为赤铁矿,导致PS_1古土壤层磁化率的急剧降低,并使该层赤铁矿的相对含量增加。     

黄土中的碳酸盐矿物特征与化学风化

从中国黄土沉积中提取古环境演化信息已取得重大进展,然而,如何有效区分黄土中原生和次生碳酸盐,进而用于追踪粉尘的来源和揭示风化成壤的强度,仍有很大困难。为了辨别黄土中不同成因的碳酸盐矿物,本文从黄土高原西部靖远和古浪剖面中选取2个典型古土壤和黄土样品(S_0和L_1),分为5个粒级(4μm,4~8μm,8~16μm,16~32μm和32~63μm),进行了热重分析(TGA)和X射线衍射测试(XRD)。结果表明:1)黄土中的碳酸盐主要由方解石和白云石组成,原生方解石和白云石在黄土中的含量比古土壤中含量高,并偏富集于粗颗粒组分;2)次生方解石在古土壤中的含量比黄土中高,并显著富集于细颗粒组分。在黄土和古土壤全样和分粒级样品中,TGA和XRD方法分别测出的Carb-B/Carb-A和(方解石+白云石)/方解石比值变化一致,有望成为反映黄土风化成壤强度的新代用指标。     

青藏高原东缘湖相沉积和黄土高原黄土沉积磁化率与粒度相关性对比*

为探讨构造稳定地区(如黄土高原)和构造活跃地区(如青藏高原东缘)粉尘沉积物中磁化率(SUS)与粒度的相关性及其对环境事件的指示意义,本次研究分析了黄土高原蓝田剖面黄土—古土壤样品和青藏高原东缘湖相沉积样品的粒度和磁化率记录。黄土高原黄土—古土壤沉积SUS与2~10 μm粒度组分最强正相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与2~10 μm粒度组分最强负相关,反映2~10 μm粒度组分为黄土高原和青藏高原乃至亚洲干旱—半干旱地区连续稳定敏感的背景沉积组分。黄土高原黄土—古土壤沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强负相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强正相关,反映32~63 μm粒度组分不仅是黄土高原尘暴事件沉积的敏感指标,也是青藏高原东缘湖相沉积记录的地震事件敏感指标。SUS与粒度组分的相关性在青藏高原东缘地区地震事件层开始部分高于结束部分,也较好地反映地震事件为研究区添加新鲜沉积物后随地形地貌恢复逐步减少的过程。SUS与粒度组分相关性也受当地物源的影响。     

山东青州地区黄土的粒度组成及成因分析

在鲁中山地北侧的山间谷地及山麓地带广泛发育厚度不一的黄土堆积。对该区青州傅家庄黄土剖面进行了系统的粒度分析, 并与黄土高原的第四纪黄土-古土壤、北京现代降尘、剖面附近的河流相样品进行了对比。结果表明, 青州黄土的粒度分布特征与北京现代降尘、黄土高原黄土非常相似, 与河流相样品则有很大的不同; 在整个序列中, 青州黄土粒度变化与黄土高原典型的风成黄土、古土壤一致, 黄土层颗粒粗, 古土壤层颗粒细。上述结果从沉积学的角度为青州黄土风成成因提供了证据。青州黄土的粒度组成特征及前人的研究表明, 青州黄土主要来源于沉积区以北的黄泛平原和莱州弯等地出露的海相地层, 其次是高空气流携带的西北内陆的远缘粉尘。      

Late Quaternary aeolian dust input variability on the Chinese Loess Plateau: inferences from unmixing of loess grain-size records

The grain-size distributions (GSDs) of loess–paleosol sequences may provide valuable information on provenance, transport and paleoclimate variability, and consequently, a wide range of methods to extract genetic information from loess GSDs has been proposed. Here it is shown that a genetically meaningful decomposition of a series of Late Quaternary loess grain-size records extending across the Chinese Loess Plateau can be accomplished with the end-member modelling algorithm (EMMA). The unmixing results in conjunction with loess accumulation rate estimates reveal that two contrasting dust supply patterns were active over the Loess Plateau during the last glacial–interglacial cycle: (i) a background sedimentation pattern that was dominant during interglacial periods, especially over the central and southern parts of the Loess Plateau, is reflected by the constant flux of the fine-grained loess component, (ii) an episodic, highly variable dust input pattern, that was dominant during glacial periods throughout the Loess Plateau and noticeable during interglacial periods mainly over the northern Loess Plateau and almost disappearing over the southern Loess Plateau, is reflected in the admixture of two coarse-grained loess components. A genetic interpretation and the paleoclimatic significance of the mixing model are provided by comparison of the modelled end members with modern dust samples in terms of their GSD and flux rates.     

黄土高原黄土．和红粘土10Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示 踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素¹⁰Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：¹⁰Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中¹⁰Be与⁹Be和～的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了…Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了¹⁰Be浓度与化学指标在黄土-古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

黄土高原黄土和红粘土~(10)Be地球化学特征

充分认识元素和同位素在不同环境条件下的地球化学行为,是运用元素和同位素示踪环境变化的前提。对来自于黄土高原的黄土、古土壤和红粘土样品的宇宙成因核素10Be测量和化学成分分析,以及各种化学淋溶实验表明：10Be主要以吸附状态赋存于粉尘沉积物粘粒矿物的表面,部分已结合进自生的粘土矿物中;在粉尘沉积物风化过程中10BC与9Be和Al的活动性相似,基本没有发生迁移,其原因是连续沉积的粉尘含有大量的碱性物质,阻止了10Be的解吸附和淋滤;沉积和风化作用导致了10Be浓度与化学指标在黄土－古土壤和红粘土剖面中的协同变化。     

亚洲粉尘的源区分布、释放、输送、沉降与黄土堆积

根据亚洲粉尘关键区域(中国沙漠、黄土高原、青藏高原和中国历史降尘区)大气气溶胶中15～28种元素的浓度-粒度分布、沉降速率和通量分析,以及元素示踪系统的进一步解析,发现中国北方沙漠存在两个粉尘地-气交换较活跃区域,即中国西部沙漠和北部沙漠高粉尘区,且证明这两个区域及其邻区是亚洲粉尘和黄土高原黄土主要源区的中心区域;通过对5个亚太区域粉尘沉降量的模式估算,得出亚洲粉尘释放总量每年约为800Tg,约相当于全球沙漠排放总量的一半;粉尘与黄土的对比表明,亚洲粉尘区域尺度输送受季风环流控制,但间冰期时并不取决于尘暴过程,而全球尺度输送主要由高空西风完成,无论冰期、间冰期均受尘暴过程控制;粉尘通量的结果表明干沉降是粉尘在黄土区沉降的主要过程,且晚第四纪粉尘沉积的再改造份额不超过其沉积总量的10%;元素示踪系统应用于风成黄土,发现在间冰期北部沙漠源区输出的粉尘量增加,而在冰期西部源区输出的粉尘量增加.这种晚第四纪亚洲粉尘“源区摆动”的快速变化其实是全球千年尺度气候变化的一环,并可视为过去北半球大气环流长期变化的代用序列.     

Climatic implications of loess deposits from the Beijing region

Variations in magnetostratigraphy, pedostratigraphy, grain size and magnetic susceptibility of the loess deposits near Beijing have been studied at two sections. The sections are about 400 km east of the main loess deposits in China, have a maximum thickness of 100 m and extend back to 1.1 Ma. The sequence consists of 14 loess–palaeosol couplets (S0‐S14), which correlate well with sequences in the Loess Plateau. Susceptibility records from the sites near Beijing are comparable to the Xifeng, Luochuan and Baoji sections located in the middle part of the Loess Plateau; however, the down‐core variations in the grain size in the Upper Lishi Formation exhibit some differences. The median grain size increases by about 25–30 µm from L4 to L2, with the sandy grains (>63 µm) increasing from 10–20 wt% to 40–50 wt% . This implies that the depositional environment of the dust sources in the Beijing loess section is different in some aspects from the Loess Plateau. The Beijing loess may have had a different dust source than the Loess Plateau. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

新近纪以来中国黄土高原的风尘记录

通过对黄土高原中部两个典型的风尘堆积序列的岩性和磁性地层研究 ,认为中国黄土高原风尘堆积的开始发育年龄至少约为 7.2 Ma B.P.。以红粘土和黄土—古土壤交互出现的风尘沉积 ,不仅真实地记录了东亚季风气候的形成演化 ,而且可能包含了青藏高原的阶段性隆升、北半球冰盖形成演化及大冰期发生等构造气候事件的印记。反映粉尘源区的干燥度及携带粉尘的大气环流强度的风尘沉积速率自 7.2 Ma B.P.开始、尤其是 4.5 Ma B.P.以来逐渐增大 ,似乎暗示了自新近纪以来亚洲内陆粉尘源区干旱化的逐级发展和东亚冬季风环流强度的逐渐增加     

Dust supply from river floodplains: the case of the lower Huang He (Yellow River) recorded in a loess–palaeosol sequence from the Mangshan Plateau

The Mangshan Plateau is located on the south bank of the Huang He (Yellow River) just west of the city of Zhengzhou, well outside the Loess Plateau in central China. Mixing models of the grain‐size data indicate that the loess deposits are mixtures of three loess components. Comparison of the mixing model with existing models established for a series of loess–palaeosol sequences from the Loess Plateau indicates that the Mangshan loess has been supplied from a proximal dust source, the Huang He floodplain, during major dust outbreaks. The high accumulation rates, the composition of the loess components, and especially the high proportions of a sandy loess component support this. Owing to the exceptionally high accumulation rates, the Mangshan grain size, magnetic susceptibility and carbonate records provide a high‐resolution archive of environmental and climate change. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

新疆伊犁黄土元素地球化学特征及古环境意义

通过对新疆伊犁波马剖面黄土-古土壤序列常量、微量元素及相关参数分析研究,讨论末次冰期以来伊犁黄土常量元素分异规律及古环境意义.结果表明,伊犁波马剖面S1以来黄土-古土壤序列各层常量元素含量均呈现出SiO2>Al2O3>CaO>Fe2O3>MgO>K2O>Na2O变化特征,剖面序列中常量元素含量及相关参数变化,与黄土、古土壤层相互交替叠置不具对应性,明显有别于黄土高原.末次冰期以来黄土和古土壤形成时干冷程度强于黄土高原黄土,更高于古土壤,淋溶差异程度不及黄土高原.S1以来伊犁黄土物质来源基本相同,古土壤形成时环境条件不相同,以干冷或湿冷为特征,即使同一古土壤地层单元不同层位其水热组合条件也存在差异,波马剖面黄土-古土壤元素地球化学记录末次冰期以来沉积气候环境总体相对干旱.     

新疆伊犁黄土化学风化特征及其控制因素

       通过对伊犁盆地昭苏黄土剖面元素地球化学分析,结合与黄土高原典型第四纪风成堆积洛川剖面的对比,对伊犁黄 土常量元素分布规律及化学风化特征进行初步研究发现,伊犁昭苏剖面黄土和古土壤主要元素含量具有较好的一致性,暗 示着沉积后两者所经历的风化作用相似。与黄土高原相比,伊犁黄土和古土壤除CaO,MgO和Na2O,P2O5分别出现较大程度的 富集和较小程度的亏损外,其它常量元素含量的变化趋势基本一致;CIA指数、Na/K比值及A-CN-K图解显示伊犁黄土和古土 壤均经历了低等强度的化学风化作用,弱于黄土高原的洛川黄土及古土壤,黄土和古土壤风化分异作用不明显。气候条件 尤其水热组合模式（降水、温度和蒸发量等）对伊犁黄土化学风化的起着重要的制约作用。