趋磁细菌及磁小体对黄土-古土壤序列磁化率贡献的模拟实验研究

选择西峰和段家坡两个黄土剖面,对磁化率变化显著的L₆-S₅-L₅层段,通过对样品中的趋磁细菌(MB)用相同的培养基富集及生长培养,初步定量模拟了MB和磁小体(MSs)对黄土-古土壤序列磁化率的贡献。富集培养MB后,段家坡剖面样品磁化率表现出不同程度的增高,最大达116.4%(DS_5-1)。以古土壤样品XS_5-1、DS_5-1为介质生长培养MB,DS_5-1磁化率的增长与接种的菌液量呈近似线性关系。此外,生长培养后古土壤样品频率磁化率与FeO/Fe₂O₃比值呈现出相似的变化趋势,证实了磁小体的形成。由此表明:1)MB和MSs是影响黄土剖面磁化率的因素之一,受气候和地质环境等因素的影响,不同地区黄土剖面MB的生长和MSs的形成存在差异,因此对磁化率的贡献也不尽相同;2)MSs是黄土-古土壤序列中超细粒磁性物质的组成部分。当气候环境比较适宜MSs形成及保存时,MSs在黄土剖面中超细粒(≤50nm)磁性组分中比重会相应增高,对磁化率和频率磁化率的影响也更为突出。     

陕西长武黄土剖面L3～S6土层渗透性研究

根据渗水实验、孔隙度、粒度、磁化率测定,研究了长武黄土剖面L₃～S₆土层的渗透性及其成因。研究结果表明,L₃,L₄,L₅和L₆黄土层渗透性较强,稳定入渗速率较高,它们的渗透系数变化在0.57～1.06mm/分之间,4层平均为0.75mm/分;S₃,S₄,S₅和 S₆古土壤渗透性较弱,稳定入渗率较低,它们的渗透系数变化在0.18～0.71mm/分之间,4层平均为0.44mm/分。红色古土壤达到稳定入渗率的时间一般比黄土层要长;   黄土层的平均空隙度比红褐色古土壤高,渗透性强,粒度成分较粗,黄土层比红褐色古土壤层更利于构成含水层;   红褐色古土壤层粒度成分细,空隙度低,渗透性弱,比黄土层利于形成隔水层。长武第4层古土壤厚度小,纵向裂隙发育强,入渗速率较大,不易形成隔水层。磁化率、粘粒含量资料表明红褐色古土壤层与黄土层渗透性、含水空间和隔水性的差异主要是当时气候冷干和温湿交替变化的结果。     

陕西洛川地区全新世中期土壤与气候变化*

在洛川城东全新世中期古土壤剖面中采集了66块样品,利用气量法、磁化率测定、颗粒分析和显微镜观察方法,对土壤层中的CaCO₃含量、磁化率、颗粒成分、微结构进行了分析和鉴定。粒度成分显示洛川中全新世土壤可分为两层,中间为薄层黄土层。实验资料表明,洛川中全新世早期土壤CaCO₃含量低,平均为0.34 ％ ,具有显著淋溶土壤的特征; 小于0.005mm的粘粒含量比马兰黄土高约12 ％ 。粘化层(Bt层)中光性粘土胶膜有一定的发育,而且可见少量块状粘土胶膜存在,表明该层古土壤具有粘粒迁移和粘粒淀积的特征,指示中全新世早期发生的成壤作用比洛川现今成壤作用显著强。由此可以确定,中全新世早期土壤类型应为淋溶褐土, 当时夏季风活动增强,气候比现今明显温湿,年平均降水量至少比现今多100mm余。中全新世晚期古土壤CaCO₃平均含量为2.5 ％ ,淀积型粘土胶膜发育差,以残积粘土为主。中全新世晚期古土壤比早期土壤发育弱,但比该区现代土壤发育强,土壤类型应为典型褐土,当时气候也比现代温湿。中全新世中期6000~5000年间为气候冷干和沙尘暴活动加强的环境恶化期。研究结果对揭示黄土高原中部全新世中期土壤性质和气候变化具有重要意义。     

三门峡会兴沟剖面黄土—古土壤序列的岩石磁学研究

岩石磁学是古地磁学和环境磁学研究的基础,是鉴定岩石和沉积物中磁性矿物种类、粒度和含量的有效途径。对黄土高原东南部三门峡盆地的水沟—会兴沟旧石器遗址会兴沟剖面黄土—古土壤序列(S_0~S_8)进行系统的岩石磁学研究表明:本剖面沉积物的主要载磁矿物为磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿,显示准单畴(PSD)磁性颗粒特征。所有磁学参数曲线均表现出基本一致的变化特征,与深海氧同位素曲线能够很好的对应,反映了第四纪以来的冰期—间冰期旋回中,东亚季风影响下的风尘黄土堆积中磁性矿物种类、粒度和含量的周期性变化特征。黄土中高矫顽力磁性矿物的相对含量要高于古土壤中的,而随着成土作用的加强,在古土壤中细粒的低矫顽力磁性矿物显著增加的同时,其中高矫顽力磁性矿物的绝对含量也相应增加。质量磁化率(χ)与非磁滞剩磁磁化率(χ_(ARM))和饱和等温剩磁(SIRM)及磁粒度参数χ_(ARM)/SIRM和χ_(ARM)/χ均呈明显的正相关关系,表明由成土作用产生的单畴(SD)颗粒和较小PSD颗粒对磁化率增强有显著的贡献。     

磁性4A分子筛的制备及其对氨氮的吸附动力学研究

以高岭土为原料,采用水热法在晶化前加入合成磁铁矿制得Fe₃O₄含量为 4.48%的磁性4A分子筛。通过X 射线粉末衍射分析(XRD)、磁化率分析(MS)及磁回收效果实验对制备的磁性4A分子筛进行物性分析,并将该吸附材料应用于氨氮吸附实验,将吸附实验数据根据相应吸附等温方程进行拟合,随后使用动力学分析手段考查了其吸附过程反应机理。表征结果表明,Fe₃O₄的载入对分子筛的晶体结构影响不大,磁性4A分子筛磁化率稳定,可用来重复使用。该分子筛可以通过磁性分离进行回收,且磁性分离快速高效。吸附实验结果表明磁性4A分子筛容易吸附水中的氨氮,Fe₃O₄的载入对于分子筛本身的吸附容量影响较小。在Langmuir、Freundlich两种等温吸附模型拟合结果中,Freundlich曲线拟合效果更好。Lagergren准二级吸附动力学拟合结果表明,NH⁺₄在磁性4A分子筛上的吸附过程遵循准二级动力学反应机理。     

西昆仑山黄土的岩石磁学特征及其磁化率增强机制

成壤过程中形成的细颗粒的软磁性矿物被认为是导致古土壤磁化率增加的主要原因。但近来的研究表明,在一些地区,尤其是靠近沙漠边缘的黄土-古土壤序列,源区对黄土磁化率的影响要远大于成壤作用。因此,有必要对不同地区、不同环境条件下的典型黄土堆积进行详细的岩石磁学研究。日前,我们在西昆仑山北侧钻取了一根长达671m的岩芯,这为研究极端干旱区黄土的岩石磁学性质提供了难得的契机。本文对第一期黄土钻探得到的207m岩芯进行了详细的岩石磁学研究,结果表明: 昆仑山黄土的主要载磁矿物为磁铁矿和磁赤铁矿,同时还含有少量的针铁矿、赤铁矿;  该地区磁化率的变化主要受源区粗颗粒的软磁性矿物含量的影响,成壤作用形成的细颗粒磁性矿物对磁化率的贡献极小;  磁化率、粒度在0.5Ma左右急剧升高和变粗,主要与气候干旱化加剧有关。     

中国第四纪黄土环境磁学研究进展

中国黄土分布广泛、沉积连续性好,是进行磁性地层研究和重建古环境、恢复古气候的理想材料。中国黄土高原黄土—古土壤序列的环境岩石磁学性质详细地记录了2.5 Ma BP以来古气候和古环境变化的信息,尤其是黄土和古土壤的磁化率作为很好的气候代用指标已得到广泛应用。古土壤磁化率增强成因机制一直在争论中,其中,与气候变化关系密切的成壤作用对古土壤磁化率增强起主导作用的观点已被普遍接受,目前利用不同方法建立了磁化率气候转换函数,从而使重建古降水量和古温度成为可能。     

南海深海平原柱状样QD189磁化率、非磁滞剩磁、粒度、碎屑矿物丰度之间的主要关系

磁学可能是南海深海平原古环境研究取得突破的关键方面之一。众多磁学参数中,磁化率是最基本、最综合反映沉积物磁性矿物总体状况的参数,非磁滞剩磁对单畴颗粒含量敏感,而且单畴颗粒是剩磁的主要携带者,结合粒度、碎屑矿物丰度等数据探索南海深海平原柱状样QD189磁化率和非磁滞剩磁地质含义。在磁化率大于45×10-5层位和481 cm以浅的磁化率小于45×10-5的层段,磁化率、2~5粒级含量、ARM和ARM@20m T变化一致性较好,2~5粒级软磁性多畴颗粒含量变化可能是这些层位磁化率变化的主要原因。在808~488 cm层段内,小于45×10-5的磁化率与2~5粒级含量、ARM和ARM@20m T变化总体上一致性较差,磁化率变化机制有待进一步研究。2~5粒级是QD189重要的较粗粒级组分,大体上以深度350 cm为界具有下层段含量较高且粒度变化大、上层段含量较低且粒度变化小的特点。ARM@20m T比ARM更加真实地表示QD189单畴颗粒含量,除了单畴颗粒外,9~12粒级假单畴、多畴颗粒矿物对665~48 cm层段的ARM可能有一定贡献,其中,层段548~310 cm的ARM中可能还有6~9粒级多畴颗粒的贡献。通过碎屑矿物丰度、火山玻璃丰度和(或)磁化率异常峰值的对应关系识别出6次火山活动,火山玻璃丰度的分布特点还揭示出QD189中普遍发生生物扰动作用。     

洛川黄土-红粘土序列铁氧化物组成及其古气候指示

对洛川黄土、古土壤和红粘土中磁性矿物组成、成因和相关系进行了研究。结果表明:黄土磁性矿物以风尘磁铁矿为主,少量的成土赤铁矿和成土磁赤铁矿;古土壤磁性矿物以成土磁赤铁矿为主,成土赤铁矿次之,少量的风尘磁铁矿和赤铁矿;红粘土磁性矿物以成土赤铁矿为主,风尘磁铁矿和成土磁赤铁矿次之,少量风尘赤铁矿。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成差异,反映了其形成期不同的古气候特性以及不同气候条件下生物地球化学作用强度的差异。干冷的冰期,黄土弱成土作用形成了以粗颗粒的风尘磁铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。间冰期的温暖湿润的古气候最有利于生物活动,强烈生物活动导致古土壤中大量纳米超细磁赤铁矿/磁铁矿产生,形成以磁赤铁矿为主,风尘磁铁矿核 赤铁矿边为辅的磁化率载体。红粘土成壤期,强降雨强蒸发的长干短湿的高温炎热的古气候使得红粘土化学风化强烈,生物地球化学活动较弱,形成以磁铁矿核 赤铁矿边和磁赤铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成、磁性矿物相关系是其形成期独特的古气候指示。     

煤田自燃区上磁异常的成因

通过对内蒙古平庄西露天煤矿顶板砂岩的磁性研究,指出这些煤矿顶板的上侏罗统灰色砂岩在天然状况下是弱磁性的,天然剩磁在n×10^-3A/m级次,磁化率在10^-4（SI）级次。但经高温热处理（＞600℃）后,磁性迅速增高,剩磁增大五个级次,磁化率增大四个级次。通过多种岩矿分析方法进一步搞清楚,这些砂岩的胶结物成分是弱磁性的碳酸铁（FeCO₃）,经高温处理后,成为强磁性的磁铁矿（Fe₃O₄）。这种变化是我国北方地区许多侏罗纪煤田自燃区上出现磁异常的主要原因。文中还给出了黄铁矿热处理前后的磁性变化情况。最后利用测得的岩石磁性,设计了多种理论模型,正演计算了所产生的磁异常值。结果表明,利用高精度磁法勘探来区分这类煤田的自燃区与非自燃区是完全可能的。     

Particle size contributions to bulk magnetic susceptibility in Chinese loess and paleosol

The magnetic enhancement of paleosol is observed in the Chinese loess. The origin of this magnetic enhancement is still very uncertain. It is, however, a key problem in correctly understanding the paleoclimatic significance of changes of magnetic susceptibility and in transferring the magnetic signals to paleoclimatic parameters. Two main models have been proposed to explain the mechanism of magnetic enhancement in paleosols: a depositional model and a pedogenic model. Together with composition and concentration, grain size distribution of magnetic minerals also plays an important role to the magnetic enhancement of paleosols. Systematic susceptibility measurements were carried out on the samples of the upper part (S₀ to top of L₂) of three loess sections from Jixian, Xifeng, and Xining, along an east–west transect in the loess plateau, China. The samples with the highest value of magnetic susceptibility in S₁ and the lowest value in L₂ of each section were selected as the representatives. These representatives were separated into different grain size fractions based on Stokes’ law for coarse grains and by centrifuge for fine grains. Measurements of magnetic susceptibility and mass have been carried out on these fractions. Results show that for the loesses magnetic susceptibility changes little in the fractions with different grain size and for the paleosols it increases with decreasing grain size. The magnitude of changes is bigger in the east (Jixian and Xifeng) than that in the west (Xining). The fraction with the finest particle size in paleosols does not show very high magnetic susceptibility values. A new approach is used to estimate the contribution of each fraction to total magnetic susceptibility. The contribution comes mainly from coarse grains (>10 μm) for loess samples. It reaches about 90%. The main contribution comes, however, from the particles with medium size (10–0.2 μm). The very fine grained particle (<0.3 μm), which is considered to be with the pedogenic origin, contributes little to the bulk magnetic susceptibility, no more than 3% because of their very little amount. This approach provides a sounder basis for the study of the origin of the magnetic susceptibility enhancement in paleosols and of the paleoclimatic significance of magnetic susceptibility of loess and paleosols.     

黄土频率磁化率与古气候冷暖变换

本文详细研究和对比了几个区域的黄土剖面,证明中国黄土地层发育的一致性;根据第5阶段以来黄土磁化率和深海氧同位素曲线特征的比较,证明中国黄土地层的连续性和全球气候变化的一致性。黄土地层的古气候信息强度与分辨率成反比,是全球信号和区域信号的叠加。黄土高原各地厚度或沉积速率的差别主要是1.7 Ma以来形成的。黄土地层频率磁化率数值随黄土和古土壤层的出现,分别呈波谷和波峰对应,说明在温湿条件下有许多细小(<0.03 μm)的铁磁性矿物形成,它可能是导致古土壤磁化率增高的最主要原因。这些磁颗粒的含量反映古气候温湿程度的强弱和持续时间的长短。黄土频率磁化率对古气候的突变或渐变研究可能具有十分重要的意义。     

Rock Magnetism Study on Loess-Paleosol Sequence at Huixinggou Section of Sanmenxia Basin

Rock magnetism is the foundation of paleomagnetism and environmental magnetism study, and is effective in identifying the components, grain size and content of magnetic minerals in rocks and sediments. A systematic rock magnetism investigation has been conducted on the Huixinggou loess-paleosol sequence at Shuigou-Huixinggou Paleolithic site of Sanmenxia Basin in the southeastern Loess Plateau. Results show that the magnetic assemblage of the section is dominated by magnetite and maghemite, as well as hematite, exhibiting the average grain size of magnetic minerals is attributed to Pseudo-Single Domain (PSD). The variation curves of magnetic parameters are consistent and well comparable to marine oxygen isotope curves, with low values corresponding to the loess deposition during glacial periods, and high values corresponding to the paleosol development during interglacial periods, jointly demonstrating the glacial-interglacial cyclicities of magnetic mineral types, composition, and grain size of Chinese loess-paleosol sequences under the influence of alternating strengthening and weakening of Eastern Asian paleomonsoon over the Quaternary period. Comprehensive analysis reveals that the relative content of high-coercivity antiferromagnetic minerals is higher in loess than in paleosol, whilst the absolute content of high-coercivity antiferromagnetic minerals in paleosol is generally higher than that in loess accompanying increasing intensity of pedogenesis. The mass-specific magnetic susceptibility (χ) shows distinctly positive correlations with anhysteretic susceptibility (χ_ARM), Saturation Isothermal Remanent Magnetization (SIRM) and magnetic grain size dependent parameters (χ_ARM/SIRM and χ_ARM/χ), indicating that the pedogenic producing Single Domain (SD) and small PSD ferrimagnetic particles contribute significantly to the magnetic susceptibility enhancement.     

川西高原理县黄土磁学特征及其影响因素

川西高原河谷阶地和断陷盆地广泛分布厚层风成黄土-古土壤序列,目前对其磁学性质变化机制及古气候意义研究还很薄弱。文章对该区理县黄土-古土壤剖面进行了系统的岩石磁学研究,确定了其磁性矿物种类、含量和颗粒大小的特征及其变化规律。通过结合粒度、色度与地球化学参数,进一步探讨了理县黄土-古土壤磁性的主控因素。结果表明:1)理县剖面同时含有强磁性矿物(为磁铁矿和磁赤铁矿)以及弱磁性矿物(为赤铁矿和针铁矿);2)相对黄土层,古土壤层含有更高比例的亚铁磁性矿物;3)成土过程中生成的大量细小强磁性矿物颗粒,是古土壤层S1磁化率增加的主导因素,该模式与黄土高原相似;4)结合色度以及磁学性质,可以较为明确地区分成壤强度;(5)理县黄土剖面物源复杂,磁学特征受到沉积物来源、后期流水和气候的共同作用,利用单一磁学性质(比如磁化率)进行古气候研究会造成多解性。     

天山北麓黄土记录的30万年以来古气候演变

对天山北麓黄土分布特点与形成年代的研究,以及以此为载体应用各代用指标的古气候重建已经取得了不少进展。在前人工作的基础上,选取黄土—古土壤序列分明,底部S3古土壤发育的鹿角湾剖面为主要研究对象,结合天山北麓的其他多个典型黄土剖面,运用色度、粒度、常量地球化学元素含量和环境磁学参数等指标,探讨大约30万年以来的古气候演变。鹿角湾黄土实验结果显示,各古气候代用指标随剖面深度变化与黄土—古土壤更替大概一致,剖面上部（L2及其以上）与下部区别明显。粒度分布揭示黄土物源输入主要受控于两股不同风系,随黄土古土壤的更替两者的主次地位发生变化。环境磁学实验结果显示,剖面下部磁性弱,频率磁化率低,但古土壤层稳定单畴含量较高,反映湿润成壤环境下超顺磁亚铁磁性矿物溶解或转化为弱磁性矿物;剖面上部比剖面下部的磁性要强,磁性矿物粒度更粗;S0为磁性成壤增强模式,与其他黄土古土壤层不同。再结合其他典型剖面的记录,可以推断研究区30万年以来有干旱化的趋势,但S2发育阶段总体上可能比S3发育阶段略为湿润,这一阶段之后气候明显变干,S1发育阶段明显比S2与S3发育阶段干旱,干旱化趋势一直保持至全新世开始之前。     

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。     

2006年4月17日北京降尘的粒度分布与磁学特征

对2006年4月17日北京降尘的粒度和磁学性质进行深入分析,提出降尘磁化率相对黄土样品较高是现代降尘磁化率的特点,源区表土磁化率普遍较高是本次降尘磁化率值高的主要原因,污染产生的磁性物质对其也有一定的影响。同时通过对比几次降尘的粒度特征和传输方式提出粒度可以有效地指示源区的变化。结合降尘的粒度、磁化率分析与沙尘暴的监测信息和卫星云图,认为此次降尘粒度为0.8～20.0μm的组分可能是来自内蒙古西部的物质;20～70μm与>70μm的组分可能是来自距离北京较近的河北北部和内蒙古中部发生强烈沙尘暴的地区。     

川西漳腊黄土地层与气候变化

川西高原风成黄土广泛分布,其中漳腊盆地黄土剖面厚约9.5 m。根据磁化率、粒度和地层特征,并通过与金川黄土和甘孜黄土剖面的对比,可将漳腊黄土地层划分为冰后期S0古土壤、末次冰期L1复合黄土、末次间冰期S1复合古土壤、倒数第二冰期L2黄土等4个地层单位,其中L1复合黄土可细分为L1L1、L1S1、L1L2、L1S2和L1...