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.     

土耳其Nallihan黄土-古土壤岩石磁学特征及其环境意义

黄土广泛分布在东欧和西亚地区,但位于欧亚大陆连接地带的土耳其未见风积黄土的报道,本文对位于土耳其首都安卡拉西北的Nallihan新发现的黄土-古土壤剖面进行系统的环境磁学研究,结合粒度参数和稀土元素指标,讨论土耳其黄土的成因和磁化率变化机制.研究结果显示:土耳其Nallihan S0～L3黄土剖面与典型风积的西伯利亚和中国西峰黄土的粒度特征图形态相似4暗示它们的成因相似性;稀土分配模式与黄土高原黄土基本一致,为上地壳平均值,指示了风积黄土在搬运过程中经过充分混合,整个剖面上下稀土模式分配高度吻合,说明研究区黄土堆积期间物源区相对稳定.热磁和磁滞分析表明样品的主要载磁矿物是亚铁磁性矿物磁铁矿/磁赤铁矿.该剖面磁化率在古土壤获得高值,在黄土层获得低值,磁化率与成土作用和指示细颗粒磁性矿物贡献的xfd％、xARM正相关,说明成土作用生成的细颗粒亚铁磁性矿物是磁化率增强的主导因素,土耳其黄土剖面磁化率总体上低于中国黄土高原地区黄土.该黄土剖面中有一层古土壤层S2,其顶部覆盖一层砾石层,说明在该间冰期发生过洪水作用,将高坡风化的砾石层冲到土层中堆积下来,在该砾石层之下的古土壤层,磁化率降低,可能与该时期土壤层湿度大,形成湿润氧化环境,导致部分强磁性的超顺畅/稳定单畴(SP/SSD)颗粒磁性矿物转化为弱磁性矿物,使得磁化率降低.     

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。     

河北丰宁黄土粒度特征及其环境意义

对河北丰宁黄土剖面进行了系统的粒度分析,粒度参数显示:(1)丰宁剖面粒度以粗粉砂颗粒(粒径32~63μm)和砂级颗粒(粒径63μm)为主,较西北黄土高原典型黄土的粒度偏粗,反映丰宁黄土中粗颗粒组分含量不仅受冬季风风力变化的控制,还受到其北部的浑善达克沙地活动的影响;(2)丰宁剖面在236cm深度(年代为61.5ka)处砂颗粒成分(粒径63μm)增加、平均粒径增大,分析认为是在全球气候变得更为寒冷干旱的背景下,由其物源区浑善达克沙地的扩张造成的。     

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。     

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。      

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。     

民和黄土粗颗粒组分的气候意义初探

民和黄土各粒径组分含量变化与磁化率曲线对比,并进行相关分析发现：民和黄土〉３０μｍ的粗颗粒组分可以作为较敏感的东亚冬季风代用指标。明确了民和黄土粗颗粒组分与气候变化的良好对应关系。     

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.     

最后4个冰期旋回中国黄土记录的东亚冬季风变化

开展高分辨率的黄土记录研究, 是揭示过去气候变迁和变率的主要途径.选择黄土高原中部的灵台和赵家川剖面, 对L5以上的黄土-古土壤序列进行了石英颗粒的提取和粒度分析.结果表明, 石英粗颗粒(> 43μm) 体积分数变化揭示了最后4个冰期旋回东亚冬季风存有的快速变化特征, 并同深海氧同位素记录具有良好的对应关系; 然而, 在每一个冰期时段, 石英粗颗粒体积分数的变化幅度和频率存有较大差异, 可能意味着对应的冰期下垫面状况和气候系统内部的非线性响应机制并不相同.值得注意的是由石英粗颗粒体积分数反映的东亚冬季风变化, 在某些时段不仅同磁化率记录的夏季风变化不协调, 而且同深海氧同位素记录存有明显差异.深入研究这种由不同代用指标反映的古气候变化间的差异, 对理解黄土记录的全球性意义显得尤为重要.      

A magnetic investigation of a loess/paleosol sequences record in Ili area

The pedogenic ferrimagnetic minerals have been considered to be the cause of magnetic susceptibility enhancement in loess deposits distributing in the Chinese Loess Plateau and Central Europe, while “wind intensity” mechanism is proposed to be responsible for the magnetic susceptibility enhancement of loess in Alaska and Siberia. However, the magnetic enhancement mechanism is still open for loess in Ili valley, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China. To understand this, we conducted a rock magnetic investigation on Axike section that is located in Ili valley. Results show that transitional stage from magnetic (χ_lf) trough to magnetic (χ_lf) peak corresponds to soil units. The PSD and MD-grained magnetite dominate the magnetic properties of AXK sequences, and the main factor affecting magnetic properties is the concentration of ferrimagnetic fraction. For the “pedogenesis enhancement” and “wind intensity” model, it seems hard to explain the magnetic susceptibility enhancement in this area. For the concentration of fine-grained magnetite in magnetic mineral shows positive relationship with the intensity of pedogenesis, the magnetic parameters of loess deposit in Ili valley can be used to recover paleoclimatic variations.     

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。     

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。     

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.     

南京老虎山黄土剖面中铷锶地球化学和磁化率与古气候变化的关系

宁镇地区的下蜀黄土记录了古气候变化的丰富信息，作为中国北方风尘堆积的南部边缘相，下蜀黄土在全球环境变化研究中占有重要的地位。本文以10cm间距系统分析了老虎山剖面的Rb、Sr含量和频率磁化率。结果显示，磁化率和Rb含量可以较好地指示东亚冬季风强度变化；Rb/Sr比可以作为下蜀黄土化学风化强度的替代性指标；剖面的Rb/Sr比由下至上升高是南京地区12万年以来化学风化作用增强的结果。     

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。     

Properties of magnetic mineralogy of Alaskan loess: evidence for pedogenesis

The in situ pedogenic enhancement of ferrimagnetic content provides the well-established patterns of magnetic susceptibility variation within mid- to low-latitude loess deposits such as those of China and Central Europe. However, this pattern of high magnetic susceptibility in palaeosols, and lower values in unweathered loess, is not replicated in the higher-latitude loess deposits of Alaska and Siberia. In these localities the relationship is inverted, with high values in loess, and low values in palaeosols. This inverse relationship has been explained by the idea that magnetic susceptibility is reflecting the magnitude of an aeolian ferrimagnetic component of consistent mineralogy, the grain size of which is related to average wind velocity. However, the results of the magnetic study presented in this paper suggest that there are differences in magnetic properties between Alaskan loess and palaeosols, not only in magnetic grain size and concentration but also in magnetic mineralogy. This complicates the simple hypothesis of a `wind velocity’ signal by introducing an additional factor into the climatic signal. In contrast to the enhancement of susceptibility observed in palaeosols of the Loess Plateau, China, we suggest that the low magnetic susceptibility values in the Alaskan palaeosol units are a reflection, at least in part, of the alteration of the ferrimagnetic content by post-depositional processes associated with waterlogging (i.e. gleying) of the soils.