佳县红粘土磁学性质

黄土/古土壤序列和红粘土均已被证明是风积成因,然而红粘土研究的程度远低于黄土/古土壤序列,比如强发育红粘土获得比较低磁化率值的原因并没有得到清楚解释,红粘土磁化率代用指标问题和红粘土搬运路径等问题还存在较大的争议,红粘土记录古气候意义研究也相对薄弱,因此加强对红粘土的研究,有助于对古气候的理解.佳县位于黄土高原与毛乌素沙漠交接地区,季风区与非季风区过渡地带.对佳县厚60m的红粘土样品进行系统磁学参数测量分析发现,佳县红粘土以软磁性矿物(磁铁矿、磁赤铁矿)为主,同时含有一定量硬磁性矿物(赤铁矿、针铁矿,主要是赤铁矿);强发育古土壤层含有较多软磁性矿物,弱发育古土壤层含有较多硬磁性矿物;磁颗粒粒径基本在0.2μm以下,x＞64×10-8m3/kg时,磁颗粒粒径小于0.1μm.剖面底部磁学参数变化存在异常,原因可能是:赤铁矿含量增加,超顺磁(SP)亚铁磁性颗粒含量急剧减少,单畴(SD)颗粒相对含量增加.该异常原因解释符合前人提出的成壤路径:水铁矿→SP磁赤铁矿→SD磁赤铁矿→SD赤铁矿.     

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.     

中国黄土磁性矿物特征及其古气候意义

最直观、最直接的古气候记录莫过于陆相黄土地层,它由许多黄土和古土壤层叠覆而成,详细地记录了第四纪以来的古气候变化。黄土高原中部黄土和古土壤的风化和发育程度可以用磁学参数,如磁化率等来描述。本文作者对甘肃西峰剖面约13万年以来的黄土地层做了详细采样,测量其磁滞回线各参数,频率磁化率、低场和高场磁化率、温度磁化率、磁组构等参数。研究表明,黄土与古土壤中的磁性矿物组分相似而且稳定。磁铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿(主要是磁铁矿)的含量及其颗粒大小决定了它们的磁学特征。黄土和古土壤的磁学性质差别主要受成土过程中形成细小磁铁矿的影响。     

黄土高原风尘沉积物中纳米矿物

由黄土-红黏土序列组成的风尘沉积是全球最完整、最连续的陆相古气候载体之一,蕴含了丰富的东亚古季风信息。解读黄土记录的信息以及透彻理解黄土替代指标与古气候的内在联系,都需要从纳米尺度揭示黄土成壤作用过程中碎屑矿物、成壤自生矿物形成与演化。本文利用高分辨透射电镜和场发射扫描电镜,研究了风尘沉积物中磁铁矿氧化的粒径制约、自生磁赤铁矿形成机制,建立了古土壤磁化率增强的成因矿物学理论,为磁化率与古气候的内在联系奠定了矿物基础;发现了第四纪黄土中广泛分布纳米棒状方解石及其含量和微结构显著的规律变化,从生物诱导矿化理论阐述了其形成机制;查明了凹凸棒石在黄土-红黏土序列中的分布规律,提出了古气候变化的黏土矿物响应机制。     

罗马尼亚第四纪黄土沉积的岩石磁学特征及成土模式探讨

欧洲罗马尼亚发育着典型的第四纪风积黄土-古土壤地层,通过对Mircea Voda剖面黄土-古土壤样品进行磁化率、频率磁化率、非磁滞剩余磁化强度、等温剩磁、热磁曲线和磁滞回线等岩石磁学参数测试分析,发现罗马尼亚Mircea Voda黄土-古土壤序列磁化率曲线形态与中国黄土高原中部西峰黄土极为相似;而且所含磁性矿物种类也很相似,主要以亚铁磁性矿物(磁铁矿和磁赤铁矿)为主,也含有反铁磁性矿物(赤铁矿和针铁矿).罗马尼亚Mircea Voda黄土与中国西峰黄土有相似的成土模式,成土过程都是在干旱氧化环境中进行,磁化率与成土作用基本成正相关关系.磁化率在成土弱的黄土层中获低值,在成土强的古土壤层中获高值,反映冰期、间冰期旋回在全球范围内对气候影响的一致性.成±过程粒度小的超顺磁(SP)和单畴(SD)亚铁磁性矿物相对含量的增加是罗马尼亚Mircea Voda剖面古土壤磁化率增强的主要原因.罗马尼亚Mircea Voda黄土的磁化率数值整体低于中国西峰黄土的值,物源的差异以及罗马尼亚气候的水热不同期使得古土壤发育弱于中国黄土,以及地下水对剖面底部土壤层的淋溶作用,可能是造成Mircea Voda黄土磁化率低于西峰黄土的原因.     

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。     

东秦岭地区黄土堆积的岩石磁学特征及磁化率增强机制探索

对东秦岭地区洛南盆地的上白川、刘湾和丹江上游的二龙山黄土剖面进行了岩石磁学研究。结果表明,大部分黄土和古土壤样品的磁性矿物以磁铁矿和磁赤铁矿为主,古土壤中亚铁磁性矿物的含量比黄土的多,极少数黄土样品以反铁磁性矿物为主。亚铁磁性矿物和反铁磁性矿物的含量随成土作用增强而增加,成土作用形成的细粒亚铁磁性矿物包括超顺磁性和单畴（似单畴）颗粒,但以单畴和（或）似单畴为主。古土壤磁化率增强与这些土壤成因的细粒亚铁磁性矿物含量有关,显示出受气候变化控制的特点。东秦岭地区黄土岩石磁学性质与黄土高原地区的相似,但也存在一定差异,而且三个剖面之间磁化率值整体差别较大。温湿的气候和复杂的山区地形可能是导致这种差异的原因。     

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。     

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。     

陇西第三纪红土磁学性质初步研究

在六盘山以西广泛分布着一套第三纪红色土状沉积,对这套沉积的成因及性质还没 有系统的研究。本文对陇西红土磁学性质的研究发现,该地红土的剩磁载体由主到次依次为磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿,赤铁矿对剩磁有比较显著的贡献;特征剩磁载体主要是磁铁矿,一些古土壤中的赤铁矿也携带了部分特征剩磁,磁赤铁矿的存在不影响特征剩磁的稳定性。与六盘山以东宝鸡红土最显著的差异是陇西红土中的赤铁矿对磁学性质有明显的影响。与第四纪黄土一古土壤序列的热磁学性质的差异在于陇西红土在高温下仅产生少量或不产生强磁性矿物。这可能暗示着红土中含铁硅酸盐和粘土等矿物(可能在高温下产生磁铁矿)处于与黄土一古土壤的相应矿物不同的演化阶段。     

The hematite–goethite enhancement model of loess and an ‘irregular’ case from Paks,Hungary

On the basis of a key model of the appearance of hematite and goethite in some Chinese and European loess successions, paleosols generally contain higher proportions of hematite formed by pedogenic processes during warm and humid interglacials, while loess contains sedimentary goethite deposited during colder, glacial periods. Rock magnetic measurements were conducted on samples from Paks (Hungary) loess, revealing an anomalous case. Sediments were found to contain higher amounts of hematite and/or goethite, while the well‐developed paleosols were found to be lacking in hematite but had significant amounts of magnetite and maghemite. This observation demonstrates that the character of pedogenic magnetic mineral alteration and neoformation differs from the hematite/goethite model; the model is therefore not applicable to the Paks succession, possibly due to differences in the regional paleoclimate and pedogenic environment. The results indicate the existence of a further model, in which hematite formation is not significant in the course of pedogenesis.     

长江中下游地区第四纪红土磁学特征及其环境意义

通过采集长江中下游湖南长沙(CS)、岳阳(HN)、江西南昌(NC)、新余(XY)和浙江金华高村(GC)5个剖面不同层位的红土样品,对其粒度和多种磁学参数进行测量和分析,探讨了红土剖面随深度变化的成土作用强弱以及多磁学参数在揭示我国南方红土第四纪气候演化信息的价值。结果表明:①粒度分析显示,红黄土交接带(约28°~31°N)的CS、HN、NC、GC 4个剖面的红土粒度与北方黄土和下蜀黄土有很好的可比性,具有明显的风成特性;位置更偏南的XY剖面红土颗粒较粗,10~50 μm粒组富集不明显,具有典型的冲积相特征。②各红土剖面的多磁学参数分析表明,成土过程中产生的磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿是红土磁性的主要载体。③同一红土剖面内,不同沉积结构的磁性矿物含量和组成具有很大差异。下部网纹红土中赤铁矿的含量较高,磁赤铁矿的含量较上覆均质红土或黄棕色土低,揭示了网纹红土形成于中国南方一个极端湿润期,长期剧烈的水分活动导致均质红土中磁赤铁矿的溶解和铁质的流失,同时较强的成土作用使强磁性的磁赤铁矿向弱磁性的赤铁矿转化,从而导致网纹红土的磁化率比上覆均质红土或黄棕色土低了一个数量级。④具有冲积相特征的XY剖面磁学特征与其他风尘成因红土(特别是NC剖面)差异甚大,可能成为它具有不同物质来源的一个佐证。     

灵台红粘土—黄土—古土壤序列频率磁化率的古气候意义

通过对甘肃灵台晚新生代红粘土－黄土－古土壤序列的磁化率测量和频率磁化率分析，发现红粘土及黄土－古土壤的磁化率和频率磁化率化率存有良好的正相关关系，表明两套沉积在成壤过程中由生物作用或化学作用而形成的超顺磁性矿物含量，对磁化率和频率磁化率增大有重要的贡献。相比化率而言，受影响因素较少的频率磁化率变化，反映了不同气候条件下形成的超顺磁粒级铁磁矿物的相对含量，能更真实、敏感地记录不同时间尺度的古气候波动。灵台红粘土－黄土－古土壤序列的频率磁化等在2．6MaBP前后不同的变率特征，揭示了大冰期来临前后黄土高原的冷暖、干湿反差产生了显著变化，而与此相关的冬、夏季风变迁则表现出不同的组合特征。     

Consistent grain size distribution of pedogenic maghemite of surface soils and Miocene loessic soils on the Chinese Loess Plateau

There is agreement that ultrafine maghemite grains (<100 nm) are responsible for the magnetic enhancement of Chinese loess. Recent studies show that grain size distribution of ultrafine pedogenic maghemite grains within the aeolian sequences on the central Chinese Loess Plateau deposited in the last 8 Ma is consistent. However, whether the observed grain size distribution of ultrafine pedogenic maghemite grains can be observed in the western Chinese Loess Plateau and modern soils is not entirely clear. Here we find that young surface soil samples across the Chinese Loess Plateau and early Neogene loessic soils from the western Chinese Loess Plateau also show consistent grain size distribution with that of ultrafine pedogenic maghemite grains on the central Chinese Loess Plateau. The fact that young surface soil samples show apparent magnetic enhancement suggests that the ultrafine pedogenic maghemite grains derive from oxidation of ultrafine magnetite grains. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

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.     

Composition and Assemblage Characteristics of Magnetic Minerals in Layer S_(5-1) of Xifeng and Duanjiapo Sections

Magneticmineralsintheloess paleosolseriesaccountforabout 1 % -2 %ofthetotal (LiuTungshengandZhangZhonghu ,1 962 ) .Duetotheiraerolianorigin ,themagneticmineralsarecomplicatedincomposition ,largeingrainsizerange ,andsignificantlydifferentincrystallinity .Asaresult,researchonthesemagneticmineralswouldbesetwithalotofdifficulties.Previousre searchersemployedopticalmicroscopic ,X raydiffractionandM ssbauerspectrometrictechniquestostudythemagneticmineralsintheloess paleosolseries,andchieflyontheb…     

Magnetism of loess-palaeosol formations in relation to soil-forming and sedimentary processes

Typical loess-palaeosol formations in the southern part of the Russian plain (Novaya Etuliya type section), in China and in Central Asia show the same pattern of magnetic susceptibility (MS) variations with enhanced signatures in soils compared to loesses. This behavior is well known to be caused by in situ forming fine grained magnetite (maghemite) of pedogenic origin. A different pattern of MS changes has been reported for Western Siberia and Alaska: high magnetic signatures in loesses and low ones in palaeosols. The highest MS values in the Belovo type section (Ob River) are connected with the sand and silt fractions and hence are due to sedimentary processes and terrigenous magnetic minerals. Low MS in palaeosols is related to gleisation. A more complex behaviour of ms changes is observed in the Precaucasus loess section at Otkaznoe. The palaeosols here show enhanced magnetic signatures whereas the loess horizons display largely variable magnetic signals due to changing detrital material influx.