黄土高原表土磁化率与气候要素的定量关系研究

黄土高原地区已建立多个表土低频磁化率-气候转换函数,为黄土古气候定量重建提供了关键方法.但是表土磁化率变化的气候控制因素的系统研究尚未开展;同时,低频磁化率部分受到沉积作用的影响,需要寻找气候意义更明确的指标.我们系统采集了黄土高原及周边地区的表土样品,运用相关、回归和因子分析等方法,研究了不同气候要素及其季节变化对表土磁化率和频率磁化率的控制作用.结果显示,湿度是控制黄土高原表土磁化率的主要因素,温度的影响相对较小;降水的季节分配也有影响,月降水变率较小的地区磁化率较高.在此基础上,选择反映成壤磁性颗粒组分的频率磁化率,建立了频率磁化率-年均降水量的转换函数,为黄土古气候定量估算提供了新的途径.     

黄土高原-阿拉善高原典型断面表土磁学特征研究

在黄土高原-阿拉善高原区域沿接近降水量最大梯度线方向系统采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,详细研究了其环境磁学、粒度和有机质含量等环境替代指标的变化特征.结果表明,整个断面表土中的强磁性矿物主要为磁铁矿和磁赤铁矿,并含有赤铁矿.阿拉善高原表土中磁性矿物颗粒多为多畴(MD),总体含量偏低,磁性矿物中硬磁组分含量较高;黄土高原区表土中磁性颗粒多为准单畴(PSD),总体含量偏高,磁性矿物中软磁组分含量较高.进一步分析发现,在干旱地区,频率磁化率与降水有良好的相关性,而常用的磁化率不能较好地反映降水量变化.本研究指示在干旱地区应用单一磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

黄土高原及相邻地区表土磁化率与降水量的关系

在黄土高原阿拉善高原区域沿年均降水量线最大梯度方向采集了61个表土样品, 分析了其磁化率、粒度和有机碳含量等环境变化替代性指标的变化特征. 结果表明: 在母质类型多样和地貌特征差异较大的该广阔区域, 频率磁化率与降水有良好的相关性, 而常用的磁化率不能用作反映降水量变化的理想指标, 与以往土壤磁学研究存在一定差异. 研究结果指示, 在干旱地区应用磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

青藏高原东部表土磁化率特征与环境意义

现代表土磁化率与气候因子关系的研究是黄土古气候重建的重要内容,在黄土高原地区取得了重要进展,但在青藏高原地区相对不足。在青藏高原东部系统采集了106个表土样品,分析了其磁化率的变化特征;并通过表土磁化率与气候因子的相关分析,讨论了气候因子对高原东部现代表土低频磁化率和频率磁化率的影响。结果表明：研究区表土磁化率特征主要受到温度和降水量的影响,水热组合差异影响表土磁化率值的高低。低频磁化率与气候因子的相关性较弱,总体上与温度的相关性优于降水量,可能表明其与气候因子的关系比较复杂;频率磁化率百分比与降水呈较好的正相关关系,表明该指标对降水量的变化更为敏感,可以用于青藏高原东部的古降水定量重建。     

澳大利亚中部Alice Spring红色表土磁学特征分析

炎热干旱的澳大利亚中部是现代正在形成红色地表的区域.围绕中部Alice Spring地区采集了一系列红色地表样品.这些红色样品按照岩性大致可以分为三类:砂土、沙丘砂和岩石.通过对这些样品详细的磁学测量,发现这三类样品存在明显磁学特征差异,红色砂土和沙丘砂样品磁化率较岩石样品高出许多(砂土和沙丘砂磁化率均值为93.82× 10-8m3/kg),红色岩石样品磁化率值最低(均值为23.2×10-8m3/kg);三者主要磁性矿物也不尽相同;磁颗粒均以超顺磁(SP)颗粒为主,而单畴(SD)颗粒含量少.研究区百分比频率磁化率xfd％均值为8.28％,较黄土高原西部表土(兰州为3.5％)高出许多.该区现代年降水量约300mm,比兰州(约330mm)还低,成土导致百分比频率磁化率增高却比兰州明显高出几倍.这可能反映了黄土高原表土频率磁化率增高与降水量密切相关;而在澳洲中部可能与持续高温成土条件和作用的时间存在更密切的关系.澳洲中部不论岩石还是表土均以红色为主.磁学实验表明,砂土和沙丘砂样品均以磁铁矿为主,三类样品普遍含一定量磁赤铁矿和赤铁矿的贡献,与地表红色外貌相符.说明澳洲红色地表过程很可能是黑色磁铁矿颗粒表面被长期氧化条件下形成的红色磁赤铁矿/赤铁矿所包裹的现象,使得澳洲中部广大地区岩石露头和地表沉积物,普遍形成一层红色染色层.     

石英尾砂对旱地表土磁性的影响及其环境意义

对安徽省凤阳县石英尾砂、受尾砂影响的表土、旱地表土和城镇表土进行了磁学测量,结果表明这4类样品的磁性特征明显不同。尽管这4类样品的磁化率均由磁铁矿主导,但旱地表土中可能含少量磁赤铁矿,石英尾砂、受尾砂影响的表土和城镇表土中可能含少量铁的氢氧化物（如纤铁矿）,受尾砂影响的表土中还含少量赤铁矿。城镇表土中磁铁矿的含量明显高于其他3类样品,受尾砂影响的表土中的磁铁矿含量介于石英尾砂和旱地表土之间。城镇表土中磁铁矿的粒径范围较宽,小于1 μm,石英尾砂中磁铁矿的粒径大于0.1 μm,旱地表土中磁铁矿的粒径小于0.1 μm,受尾砂影响的表土中磁铁矿的粒径介于旱地表土与石英尾砂的粒径之间。城镇表土的磁化率与频率磁化率呈负相关,旱地表土的磁化率与频率磁化率呈正相关,而受石英尾砂影响的表土的磁化率与频率磁化率没有明显的相关关系。在城市工业和交通等人类活动的影响下,城镇表土的磁性较旱地表土增强。而在石英砂生产这一人类活动的影响下,受尾砂影响的表土的磁性较旱地表土减弱,这是由石英尾砂中磁性矿物的含量较旱地表土4的少所致。     

最近13万年来黄土高原黄土剖面中绿泥石的化学风化与古气候变迁

对黄土高原不同纬度地区的4个黄土—古土壤剖面和lO个现代土壤样品中绿泥石的化学风化进行研究，发现黄土—古土壤剖面中的绿泥石在最近13万年发生了明显的化学风化，其风化程度受剖面位置和气候控制；黄土—古土壤剖面中ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)的比值与磁化率之间具有良好的负相关关系，绿泥石的化学风化与古土壤中铁氧化物矿物的形成和磁化率的增强之间有成因联系；黄土高原现代地表样品中ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)比值与现代年平均温度和年平均降水量有着良好的相关关系。认为ω(绿泥石 高岭石)／ω(伊利石)的比值可作为新的指示夏季风变化的替代性指标，对于定量重建古气候的变迁历史具有重要意义。     

西峰黄土-红粘土序列有机质记录及其对磁化率古气候意义启示

大量研究证实成壤磁铁矿和磁赤铁矿是黄土-红粘土磁化率变化主要原因,但是对这些磁性矿物起源于无机沉淀还是生物作用尚需深入研究.为此,本文选择黄土高原200余米厚的西峰黄土-红粘土序列为主要研究对象,采用化学分析和透射电镜手段,对其中有机质含量和磁性矿物成因进行研究,结果表明:S5以来的沉积层有机质含量相对较高,集中在0.25％ ～0.50％之间,有机质含量变化与黄土和古土壤层磁化率变化基本一致,即有机质高值对应磁化率高值,有机质与磁化率值成正相关;S5以下至午城黄土底部不仅有机质含量降低而且变化幅度减小;红粘土沉积层中,虽然不能完全遵循磁化率高值对应有机质高值,但基本符合峰-峰和谷-谷对应规律.有机质和磁化率的相关性以及透射电镜研究表明,生物成因磁性矿物是风尘序列磁化率变化的主要原因,有机质含量高低反映风尘序列成壤过程中生物地球化学强度变化,生物将磁化率和古气候密切联系起来.黄土和红粘土磁化率古气候意义相似,但是由于黄土和红粘土形成于不同气候背景下,不能仅仅利用二者磁化率大小对比反演古气候,利用表土磁化率重建古气候要考虑气候载体形成的气候背景差异.     

甘肃临洮晚更新世黄土环境变迁

对甘肃临洮县塔湾乡晚更新世黄土-古土壤序列的粒度、磁化率两个环境代用指标进行综合分析, 可划分出以下7个气候阶段: (1) 距底18.5m (92.478.8ka), 平均粒径24.42μm, 平均磁化率716.8×10-6SI, 年均温度7.8℃, 年均降水量500mm, 气候温暖较湿; (2) 距底8.514.8m (78.865.3ka), 平均粒径26.83μm, 平均磁化率为442.3×10-6SI, 年均温度5.2℃, 年均降水量370mm, 气候温干; (3) 距底14.820.3m (65.357.3ka), 平均粒径25.94μm, 平均磁化率320.7×10-6SI, 年均温度3.5℃, 年均降水量280mm, 气候温干偏凉; (4) 距底20.324.9m (57.347.7ka), 平均粒径25.23μm, 平均磁化率516.4×10-6SI, 年均温度6.0℃, 年均降水量410mm, 气候温干偏湿; (5) 距底24.929.4m (47.740.9ka), 平均粒径25.46μm, 平均磁化率299.4×10-6SI, 年均温度在3.1℃, 年均降水量270mm, 气候温干偏凉; (6) 距底29.434.2m (40.932.4ka), 平均粒径21.46μm, 平均磁化率405.5×10-6SI, 年均温度4.7℃, 年均降水量350mm, 气候温干偏湿; (7) 距底34.239m (32.4ka以后), 平均粒径188.89μm, 平均磁化率381.1×10-6SI, 年均温度4.4℃, 年均降水量330mm, 气候温干.这些环境变迁阶段与区域环境变迁具有较好的可对比性, 其中Ⅰ阶段相当于MIS5温暖期; Ⅱ阶段和Ⅲ阶段相当于MIS4降温期; Ⅳ阶段、Ⅴ阶段和Ⅵ阶段相当于MIS3的气候温暖期; Ⅶ阶段相当于MIS2降温期.但与邻区兰州九洲台和若尔盖RM孔相比, 同时期临夏地区气候明显偏温偏湿.      

黄土高原马兰黄土记录的MIS 3温湿气候

对位于关中盆地的大荔地区甜水沟和垣雷两个剖面末次冰期盐和有机质碳同位素组成、磁化率和频率磁化率进行了系统研究,初步讨论了MIS3后期(即MIS3a)的"高温大降水事件"对黄土高原南部气候和植被的影响.在40～30kaB.P.的MIS3a时期,大荔地区气候总体表现为湿润、温暖,植被覆盖程度高,植被中C4植物的相对含量增加,土壤发育较好.中国大陆黄土-古土壤序列在MIS3的磁化率较之末次冰期的其他时段均有所增加,但不同地区的增幅各不相同.