趋磁细菌——生物地球化学作用的范例

趋磁细菌(MB)属变形菌纲,为简单的原核细胞.它的最大特征是体内长有磁小体(MSs),沿地磁线运动.MSs由膜及其内部的无机矿物或铁素(含铁蛋白质)组成,无机矿物有铁的氧化物系列或铁的硫化物系列,它们是MB的代谢产物,也是最早发现的有机界面生物矿化作用的范例.文章在广泛调查的基础上,选择源于黄土剖面S0,S1和S5古土壤层中的MB为研究重点,对它们进行了形态与生理生化特征的观察与检测,生命元素和生命小分子脂肪酸的色质谱与能谱测定,并在没有添加营养和铁源的条件下,开展了MSs的生长特点及它对环境磁性影响的模拟实验.黄土中的MB以杆状为主,杆状的长与宽之比随温度的降低而变大.MSs中的矿物为铁的氧化物系列,在较低温度并有一定温度差(8～18℃)的情况下生长较好.菌体老化后菌膜发生自溶,MSs脱落到体外,可能成为沉积物中细粒磁性物质的重要组分.因此它们在古地磁与古气候记录上具有重要的意义.通过对不同级别生物分子的了解与测试,MSs的矿物成分与形成机理研究,以及MSs中磁铁矿的铁和氧同位素测定,可进一步认识MB在沉积物中的生物地球化学作用.     

黄土和古土壤中磁性矿物的粒度分布

磁化率是一种重要的环境替代性指标，对中国黄土中古土壤磁性增强已有不少讨论．本文对采自吉县、西峰和西宁的S₁和L₂的代表性样品进行了粒度分离，并测量了各个不同粒级的磁性参数，对所获得的结果就不同粒级的颗粒对磁化率的贡献、黄土和古土壤中磁性矿物颗粒的粒度和古土壤磁性增强的原因进行了初步的探讨，指出古土壤形成过程中并没有像一些学者所认为的那样，有大量超顺磁颗粒生成，它们对古土壤磁化率增大的作用有限。     

中国黄土剖面趋磁细菌的组成特征与生态意义

选择中国的黄土-古土壤序列的超磁细菌作为研究对象，以透射电镜、扫描电镜、生化实验和有机地球化学方法先后研究了从黄土地区陕西段家坡、甘肃西峰以及陕西洛川富集的趋磁细菌，结果表明，虽然趋磁细菌在黄土和古土壤层的形态有所差异，但它们均由细胞膜、细胞质和沿长轴排列的磁小体与气泡组成，在适宜的条件下它能生长出较多的磁小体。磁小体由氧化铁组成，并可从体内排出，使环境中部分Fe^2 转变为Fe^3 ，促使地层磁化率增高，尤其在古土壤层段，中国黄土剖面中趋磁细菌的产量是地表温度、湿度、pH、铁含量的函数，与湖沼中的趋磁菌相比，它在菌体形态、磁小体的数量与排列方式上有很大差距，因而中国西北黄土地区的趋磁细菌是典型的生态物种。     

广东湛江泥炭层中趋磁细菌的发现

在研究黄土剖面中有机物质（含微生物）与黄土层磁化率关系时,发现黄土层,特别是所夹古土壤层中存在含磁小体的趋磁细菌,古土壤层中趋磁细菌及磁小体含量均高于相邻的黄土层。磁小体形成和铁源关系测试结果揭示了趋磁细菌的生长与有机盐有关,较低浓度的有机铁更有利于趋磁细菌的生长和磁小体的形成。从某种意义上说有机盐反映地面有机质含量,从而表明大量磁小体形成不是在古土壤最发育时期,也不是在快速黄土堆积时期,而是在气候转变的特定环境,即经过古土壤发育期的长期风化侵蚀,粘土矿物含量增高,与上覆的黄土堆积物组合成微氧环…     

黄土剖面中趋磁细菌及其磁小体的初步研究

从中国西安市附近段家坡黄土剖面分离到微好氧性的趋磁细菌，经透射电子显微镜Ｈ－７０００ＦＡ和Ｈ－６００ＳＥＭ／ＥＤＡＸ－ＰＶ９１００型分析，黄土层（Ｌ１）中仅发现弧形菌，数量少，每个菌体含２个磁小体；古土壤层（Ｓ０和Ｓｉ）含有大量杆状菌，每个菌体有１５个以上的磁小体，沿细菌长轴呈两排链状排列，且具有向南磁极游动的习性，Ｘ射线能谱分析表明，磁小体中具有高丰度的Ｆｅ和Ｃｏ。趋磁细菌中磁小体的数量在古土壤     

南京下蜀土的岩石磁学特征

对南京附近的下蜀土进行了岩石磁学测定，通过磁化率各向异性测量研究了它的沉积磁性组构特征，下蜀土的各异向性很不明显，各向异性废Ｐ小于水成岩的Ｐ值（＞１．０２），且与困面理度Ｆ高度相关，与磁线理度Ｌ相关不明显，这种特征与中国中部风成黄土极相似。对新生圩剖面进行的磁化率测量发现用化率曲线上有７个旋回的波峰、波谷变化，这与剖面中的古土壤－黄土系列相一致，说明下蜀土的剖面磁化率同样可以作为地层划分与对比，反映古气候冷暧变化的物理参数。对典型下蜀土样品进行的低温磁化率测量揭示出古土壤和黄土的成颗粒的构成不同，古土壤以超顺磁质为主，黄土以顺磁质为主。细小磁颗粒在古土壤中的积聚可能与古土壤的发育及古气候的暧湿程度有关。     

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。     

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.     

陕西蓝田公王岭黄土古土壤序列的磁组构特征及其古环境意义

对黄土高原南部边缘公王岭黄土剖面的磁组构的研究发现,该剖面与前人的研究结果有一些相似之处,但更具有其特殊性.几乎所有样品的磁面理值F都大于磁线理值L,各向异性度P与磁面理值F相关性较高,磁化率椭球体表现为压扁状.水成黄土的P、L和F值均大于典型黄土古土壤,而混合黄土或古土壤则介于这两者之间.且典型黄土的P、L和F值也比典型古土壤高.另一方面,水成黄土的最大磁化率主轴方向为SW方向,与现代灞河水系的方向一致,其次要的方向为NNW方向.典型黄土的方向表现为SWW方向,而典型古土壤则为NNW方向,这是由于秦岭山脉的阻隔作用造成的.混合黄土或古土壤受到季风和坡面流水的共同作用,其最大磁化率主轴方向表现为EW方向.不同类型沉积物代表了不同的古环境古气候条件,这一切都可能受控于秦岭山脉阶段性抬升等构造运动的影响.本研究结果也将为进一步了解蓝田直立人的生存环境提供新的方法.     

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。     

中国第四纪古地磁学研究进展

本文扼要介绍了中国第四纪古地磁学研究的进展,其主要结论为：中国黄土－古土壤的主要磁性矿物是磁铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿,特征剩磁载体为磁铁矿;Ｌ８和Ｌ３３分别记录了Ｍ／Ｂ和Ｇ／Ｍ地磁极性转换过程;Ｊａｒａｍｉｌｌｏ极性亚带的顶、底分别位于Ｌ１０和Ｌ１２;六盘山以东的黄土剖面,由于土壤化作用强烈,成土过程产生的次生剩余磁性已将持续时间只有５０００ａ左右的Ｂｌａｋｅ极性亚时的原始磁信息掩盖,无法分离出来;只有六盘山以西的黄土剖面才有可能记录Ｂｌａｋｅ极性亚时。黄土的剩余磁性受“Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ”和“Ｌｏｏｋ－ｉｎ”效应的影响很小,因此是研究极性转换期间地球磁场形态学和古风向的合适物质。     

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。     

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。     

黄土剖面中赤铁矿和针铁矿的定量分析与气候干湿变化研究

为了了解黄土剖面中赤铁矿和针铁矿的分布特征,文章采用对铁氧化物矿物灵敏的漫反射光谱法(DRS),开展了赤铁矿和针铁矿的鉴定和测定研究,提出了定量分析赤铁矿和针铁矿含量的DRS新方法.选择天然典型黄土和古土壤样品,首先采用柠檬酸盐-重碳酸盐-连二亚硫酸盐(CBD)方法去除其中成壤成因的铁氧化物矿物,以其为基体配制含不同赤铁矿和针铁矿的系列标样,然后进行DRS测试和多元逐步回归分析,分别建立测定赤铁矿和针铁矿含量的校准方程并加以检验.利用DRS方法,分析了多个黄土剖面的赤铁矿和针铁矿含量,发现黄土-古土壤剖面的赤铁矿/针铁矿比值可作为东亚季风干/湿变化的敏感指标.该比值较高时反映了干燥土壤环境,而较低时指示了潮湿土壤环境.对灵台和洛川剖面中赤铁矿/针铁矿比值的分析,初步揭示了2.6Ma年以来黄土高原东亚季风阶段性变强的特征.     

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。     

中国黄土磁学与古气候(英文)

近二十年来中国黄土环境磁学的研究基本上是沿着两条主线进行的 ,即磁性地层学和古气候研究两个方面。对早先确定的典型黄土剖面的磁性地层研究表明风成黄土的堆积开始于Matuyama的下界 ,约 2 .6Ma。而近年来对黄土古土壤序列之下的红粘土的进一步研究显示风成堆积的开始比原先认为的要早的多 ,至少可追溯到约 7Ma。尽管目前在古土壤磁化率的增强机制和磁化率如何记录古气候变化等问题上还没有达成广泛的一致 ,而黄土古土壤系列磁化率与深海氧同位素的良好对比可证实中国黄土确是记录全球气候变化非常理想的信息载体。近年来许多学者尝试性提出的其它古气候替代性指标 ,如全岩粒度、稳定同位素组成、FeD/FeT指标、Rb/Sr比值和CaCO3 含量等必将为重建古季风变化和古气候提供重要信息。     

洛川黄土地层学

黄土和古土壤的磁化率与所含磁性矿物的浓度和颗粒大小密切相关。磁化率信号的主要载体是非常细的磁铁矿和(或者)磁赤铁矿。洛川黄土序列的磁化率曲线变化与成壤作用和粉尘堆积作用强弱有关,反映了气候的变化。磁化率值为识别黄土和古土壤层提供了一个工具。文中建议了黄土岩石地层单位命名的原则。洛川黄土-古土壤序列的磁化率曲线记录了最近2.5Ma气候变化的历史,与深海沉积的气候记录可以对比。     

Pleistocene Loess-Paleosol Sequences in Arid Central Asia State of Art

Loess of central Asia is located in a linkage zone between the European and Chinese loess depositional belts. Paleoclimate signatures from loess-paleosol sequences here is a key for completely understanding the spatial-tempo paleoclimate changes of Euro-Asia and for understanding the interactions between westerlies and Asia monsoon system during geological time. However, paleoclimate investigations of loess-paleosol sequences in arid central Asia is relatively weak than those from Europe and Chinese Loess Plateau. Specific, correlations of paleoclimate records with Chinese loess is required for better understanding “westerly regimes” in central Asia and its phase relationship with monsoon Asia on various time scale. In this work, we reviewed new advantages of loess study in central Asia during the last decades. Based on the stratigraphic and paleoclimatic correlations of loess-paleosol sequences between central Asia and the Chinese Loess Plateau, we discussed aridification history of Asia on tectonic time scale, the hydroclimate changes in arid central Asia and its phase relationship with Monsoonal Asia on orbital and millennial time scale during the Pleistocene.