土壤矿物学研究综述

土壤矿物是土壤物质组成的主体 ,是土壤微量元素的主要来源。土壤矿物的研究是土壤学研究的前沿基础领域。通过对土壤矿物尤其是粘土矿物的研究 ,可以揭示土壤的发生学特性、母质特征、成土过程及环境 ,揭示土壤的发育程度和肥力水平 ,为环境保护、优质生产和土壤改良提供基础依据。本文指出了土壤矿物学的研究意义 ,综述了土壤矿物学的研究进展 ,总结了不同类型土壤矿物的组成特征及其与成土作用、风化程度和生物气候条件间的变化规律     

风化成土过程中自生矿物的气候指示意义

地球表层的土壤沉积物记录了第四纪以来与气候、环境、人类等有关的地球演化信息,是重要的研究过去历史的载体.成土体系中土壤的诸多特性都与成土期的气候环境信息息息相关,通过地质学研究方法可以提取某些特性并作为反演风化强度以及古气候的风化指标,即古气候替代指标.重点讨论了成土体系中新生的矿物学风化指标——粘土矿物与铁矿物的表征意义、研究方法与实例分析,并评述了其在反演气候方面的优势与局限性.成土作用中新生的粘土矿物直接受成土期盛行的环境与气候条件的影响,所以其组成、粒度、含量、结晶度等矿物学特征充分记录了成土期的气候与环境信息.另外,成土体系中也会新生成部分铁矿物.自生的铁矿物是反映成土期的湿度条件、温度范围的有效指标,因此对当时的气候演化历史也有很好的指示意义.粘土矿物与铁矿物在一定的条件下都可以作为独立的重建古气候的替代指标,但是在使用时要充分考虑研究区域的地质背景、物源供给、气候类型、风化条件等客观局限对这些风化指标的制约.另外,对于区域内风化程度及古气候的重建,通常多指标结合对比的方法更为可靠.      

磁性矿物在成土过程中的生成转化机制及其气候意义

土壤作为重要的地球表层生态系统记录了丰富的地质和环境信息。在土壤的形成和发育过程中,其所含磁性矿物也会随之改变。因此,土壤磁性与成土时期的气候环境信息相关,进而可用于重建古环境。然而,土壤的磁学性质由磁性矿物种类、含量和粒径等多参数控制。明确磁性矿物在成土过程中的生成和转化机制及其与环境因子之间的响应关系、减少解释的不确定性,是土壤环境磁学研究的理论基础。本文综述了磁性矿物成土机制及其与环境因子之间响应关系的研究进展,并对该领域的发展方向进行了讨论。     

陆地生态系统演替过程中的磁性矿物响应——以粤西小良水土保持观测站为例

位于广东茂名的小良水土观测站因同时保持了人类活动破坏生态后的光板地区域和在光板地上人工恢复生态的区域,而成为联合国"人与生物圈"考察点和"中国科学院水土保持实验推广站".文章通过对源于同一花岗岩的风化壳生态恢复剖面MX-1和光板地剖面MX-2进行系统的环境磁学研究,揭示出两个剖面磁性矿物类型有显著差别.MX-1剖面亚铁磁性矿物,如磁赤铁矿、磁铁矿控制了剖面的磁性特征,它们浓度与粒度的变化很好的指示了风化壳的结构;MX-1剖面磁性矿物粒度的变化反映了成土作用强度对磁性矿物形成的控制作用;MX-1剖面的磁组构特征也反映了风化壳发育过程中不同层位体积变化与矿物形成的情况.MX-2剖面的磁性矿物则以反铁磁性矿物,如赤铁矿、针铁矿为主.两剖面磁性矿物类型的差别,显示在湿热气候条件下,生物风化作用与化学风化作用的共同参与,对磁性矿物的转变具有明显的促进作用.     

黏土矿物古气候意义研究的现状与展望

系统地分析了利用海洋沉积物、古土壤、湖盆沉积物中黏土矿物进行古气候环境研究的现状、存在问题和发展趋势。海洋沉积物的物源范围广,影响因素复杂,其中的碎屑黏土矿物所指示的古气候参数只能用于解释母源区的气候变化,而只有自生黏土矿物才能指示沉积区的气候;古土壤形成于特定的地质背景条件下,尤其是发育于火山物质母岩之上的风化自生黏土矿物,可以准确地指示该区的古气候条件;湖盆沉积物的物源范围小,沉积物中的黏土矿物可以更有效地运用于古气候环境的分析。对于沉积物中黏土矿物来源的分析,可以借助晶体中cv空位和tv空位的精细结构特征进行判断;在风化改造的红土剖面研究中,因强烈的化学风化、淋滤和迁移,黏土矿物方法具有独特的优势。风化过程中形成的一些亚种或过渡性黏土矿物,以及同生沉积过程中形成的黏土矿物,对气候环境的变化更加敏感,应加强这方面的研究。此外,在造山带的气候环境演化研究中,自生黏土矿物稳定同位素可以更可靠地指示气候环境的变化。     

福建沿海地区表层土壤矿物分布特征及地质和环境意义

对福建沿海地区表层土壤矿物组分、含量、组合以及分布特征进行了分析研究。结果表明,不同地质背景形成的土壤其重矿物组成具有复杂性、一致性和差异性;不同的土壤类型其矿物组合可以较好地反映土壤与成土母岩的内在成因关系;不同沉积环境下形成的土壤矿物组成受外力影响具有一定的分选性;平原区土壤中汞、砷等元素的区域性高异常则与土壤中辰砂、雄黄矿物存在有关。     

成都盆地红土沉积物中黏土矿物的特征及其古气候指示意义

成都盆地位于长江上游二级阶梯向一级阶梯的过渡地带,地理位置特殊,并且广布第四纪红土沉积。为研究成都盆地中黏土矿物的特征及其成因意义,采用X射线衍射(XRD)测试技术,对胜利剖面沉积物中黏土矿物的矿物学特征进行了系统研究。结果表明,成都盆地胜利剖面沉积物中的黏土矿物主要有伊利石、高岭石、蛭石、蒙脱石以及少量伊利石-蒙脱石混层黏土矿物和高岭石-蒙脱石混层黏土矿物。根据黏土矿物组合含量的变化特征,可以将成都盆地第四纪早更新世中晚期以来的气候环境演化划分为4个阶段,先后经历了湿热-温凉-温湿-干冷2个周期性的气候旋回,黏土矿物含量变化的总趋势与土壤沉积物的CIA指数共同揭示了研究区第四纪以来的气候有逐渐干冷的趋势,这与全球性的第四纪气候尤其是中国区域内的第四纪气候环境变化相一致。     

珊瑚礁岩石磁学、环境磁学和磁性地层学研究进展

本文系统总结了珊瑚礁的岩石磁学、环境磁学和磁性地层学研究,尤其是磁性矿物类型、来源以及磁学性质对气候的响应等方面的成果,归纳出珊瑚礁磁性矿物的主要类型为:磁铁矿、磁铁矿或磁赤铁矿的混合物、碎屑钛磁铁矿颗粒等,且磁性矿物的粒径从单畴到多畴都有分布.关于磁性矿物的来源,目前存在以下3种观点:磁性矿物主要来自海水中含有的陆源物质;微生物成因;火山碎屑矿物成因.在气候响应记录方面,珊瑚礁的环境磁学参数与其他方法相结合,可以很好地指示气候的冷暖状态、大陆输入通量、火山或地震活动,以及海啸灾难等重大突发构造活动或气候事件.综上,珊瑚礁中的磁性矿物类型和来源多样,因此需要采用磁学与非磁学方法进行多学科交叉研究,才能更深入探讨其磁性特征对气候事件的响应与记录.     

湿润亚热带山地土壤磁学特征对气候条件变化响应的敏感程度

土壤磁性矿物的形成、转化、运移和保存与气候条件密切相关,其对气候的响应形式、敏感程度及机制是土壤环境磁学的基础研究内容。本研究选取亚热带山地不同海拔高度,但位置相近,母质、地形和植被类型上基本无差异的3个剖面为对象,进行环境磁学、色度、常量元素等参数的测量,探究土壤磁学特征对气候的响应及其敏感程度。结果表明：1)随着土壤发育,土壤中超顺磁(SP)、单畴(SD)细粒亚铁磁性矿物增加,次生反铁磁性矿物的含量也不断增加,亚铁磁性矿物增加的速率高于反铁磁性矿物。土壤磁性随着成壤强度的增加而增强。2)气候通过风化/成壤作用进而影响土壤中磁性矿物,是3个研究剖面磁学特征随海拔规律性变化的主导因素。3)降水量不是湿润亚热带山地土壤磁性增强的限制因子。气温通过化学反应速率和蒸发量调节土壤磁性矿物的生成、转化与保存,是山地垂直地带性土壤磁性差异的主导因素。亚热带山地土壤磁性矿物可以非常敏感地响应气温的微小变化。     

浙江土壤矿物组成特征

对浙江省29种母质和16种土类或亚类构成的69个母质一土类单元共194个土壤样品中的矿物成分进行测定，分析得出矿物种类及矿物百分含量。在此基础上分析了浙江省土壤矿物组成特征。不同土类或亚类土壤中矿物组成存在明显差异，矿物种数和含量变化较大。突出的特征是，相同母质类型土壤含有相似的矿物种类，而且相同母质不同样品中同一矿物含量变化也较小，表现出同母质土壤矿物组成与含量具有相似性。在69个土壤剖面中，由A层到C层矿物种类和含量变化较小，土壤矿物组成明显受基岩影响和控制。宜把地质背景相同、矿物组成相近、土壤环境相似的成土母质作为划分土壤重金属污染评价单元，土壤类型只能作为评价单元的辅助划分依据。     

福建白垩系沙县组地层磁学特征及其环境意义

广泛分布于中国南方的白垩系巨厚地层被认为是河湖相沉积,蕴含着丰富的古气候古环境变化的信息。白垩纪是典型的温室时期,其气候特征可以为当代和未来温室气候研究提供重要借鉴。对位于中国东南的福建省三明市沙县和永安地区的白垩系沙县组典型地层进行了系统的环境磁学参数测量,结合漫反射光谱(DRS)和色度指标,探讨了该地层磁学特征及其环境指示意义和红色的成因。结果表明:1)红色调和黄色调地层的主要磁性矿物分别为赤铁矿和针铁矿,均含有顺磁性矿物和极少量的亚铁磁性矿物;2)相对于粗粒的砂岩,细粒的粉砂岩赤铁矿含量较高;3)红色赤铁矿与黄色针铁矿均形成于成岩阶段之前,具体形成阶段与形成原因需要具体分析;4)红色调地层的赤铁矿指示高温的气候环境;黄色调地层的针铁矿指示局部的湿润环境。磁学参数变化的具体环境指示意义需要进一步研究。     

XRD技术在大气颗粒物研究中的应用

矿物沙尘气溶胶作为大气气溶胶的重要组成,全球年排放量高达约2000 Tg,主要分布在非洲、亚洲和北美等地沙漠区域。以往研究表明,不同源区的沙尘矿物组分往往存在一定差异,表现为不同源区形成的矿物气溶胶在大气中的理化性质存在差异,如吸湿性、光学性质以及云凝结核活性等,导致沙尘在传输、降尘的过程中对环境、气候以及生物地球化学循环产生不同的重要影响。此外,不同的矿物沙尘颗粒,会引起各种呼吸系统疾病以及皮肤病等,对人体健康产生极大危害。现阶段对于大气颗粒物矿物组成主要的检测手段包括X射线衍射(XRD)光谱、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等。其中XRD技术能够高效、准确、快速和无损害地完成对样品的物相鉴定,是现阶段检测矿物相的主要技术手段,伴随其分析方法及软件的不断改进,检测结果更加精准。本次工作综述了XRD应用于大气颗粒物研究的具体分析方法以及在亚洲、北非等地沙尘颗粒的研究进展,同时汇总了各种物相鉴定方法以及存在的问题,旨在为大气颗粒物的矿物组成识别手段建立一定的选择依据。     

应用矿物磁测技术和X射线衍射研究氧化土中的磁性矿物

应用矿物磁测、Ｘ射线衍射和化学分析对氧化土的磁性矿物进行了研究。结果表明矿物磁测及磁分离技术与Ｘ射线衍射结合是鉴别土壤中磁性矿物的类型及其晶粒特征的有效方法,证明氧化土中的主要氧化铁矿物是赤铁矿和磁赤铁矿,针铁矿次之,磁铁矿偶见,其磁赤铁矿的含量可达１．６２％￣１．９２％。土壤中磁性矿物的晶粒特征多以超顺磁性和稳定单畴态存在,认为磁性矿物的成因是通过缓慢的成土化学作用产生的。     

酒东盆地红山地区下白垩统含铀目的层黏土矿物研究

对酒东盆地红山地区下白垩统含铀目的层中黏土矿物进行扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线能谱（EDX）等的系统研究,结果表明：含铀目的层碎屑岩的源岩主要是碱交代的酸性岩浆岩,其黏土矿物类型主要为高岭石,其次为绿泥石。高岭石既有陆源高岭石,也有自生（蚀变）高岭石;高岭石化带（浅色带）可以作为该区铀矿找矿的主要标志层,其厚度和蚀变强度等可以作为判断该区铀矿富集程度的依据之一。绿泥石主要为自生绿泥石,与高岭石形成于不同时期,可能是由高岭石转化而成。黏土矿物研究显示,该区自白垩纪以来经历了由温暖潮湿气候逐渐向干旱气候转变的过程。     

对“指相矿物”海绿石的重新认识

长期以来，海绿石一直被认为是在特定海洋条件下形成的自生矿物，被作为海相标志，随着陆相海绿石的不断发现，有必要对这一观点进行重新认识。本文通过对不同地区、不同环境中的海绿石的统计研究认为：海绿石既可以形成于海洋环境，也可以形成于陆相湖泊环境，海绿石不能作为海洋环境的指相矿物；一般来说，形成于陆相湖泊环境的海绿石与形成于海洋环境的海绿石相比，在化学成分上具有Ａｌ２Ｏ３、Ｋ２Ｏ含量高而ＦｅＯ含量低的特点     

甲状腺乳头状癌中砂粒体矿物学研究

砂粒体矿化对诊断甲状腺乳头状癌具有高度的特异性,对其矿物成分及形成机理的分析有望对研究肿瘤的发生发展过程提供辅助信息.本文以甲状腺乳头状癌中的同心层状砂粒体矿化作为研究对象,采用偏光显微镜、环境扫描电镜及其能谱、傅立叶变换红外光谱、电子探针和高分辨透射电子显微镜,对原位和分离处理样品的表面形貌、结构和矿物成分进行了观察测试.研究结果表明,甲状腺乳头状癌中砂粒体是由纳米尺寸的粒状、短柱状碳羟磷灰石及一些无定形低Ca/P(原子分数,下同)的磷酸钙矿物混合组成,砂粒体的同心层状构造具有微胶粒成因的特征,是结构和成分不同的直接反映,砂粒体中Ca、P及 Ca/P的分布具有从外向内逐渐升高的趋势.     

西藏伦坡拉盆地晚始新世—早渐新世黏土矿物特征及古气候意义

始新世—渐新世是新生代气候从“温室”向“冰室”转变的重要节点，也是青藏高原及邻区气候格局发生重大变革的关键时期。为了重建高原中部腹地始新世—渐新世的古气候演变特征，探讨古气候变化的控制因素，利用X射线衍射分析对高原中部伦坡拉盆地382道班剖面的黏土矿物特征进行了综合研究，结果显示，伦坡拉盆地在始新世—渐新世牛堡组二段沉积的黏土矿物主要以伊利石为主，伊/蒙混层次之，高岭石与绿泥石含量极少，蒙脱石仅出现在极少样品中。黏土矿物类型及组合特征指示伦坡拉盆地在该时期整体处于寒冷干旱的气候条件，但在长周期趋势下伊利石相对含量逐渐减少，伊/蒙混层逐渐增多，显示出青藏高原中部地区的气候系统在晚始新世—早渐新世时期存在向更加湿润的气候条件转变，这种气候系统的改变可能与南亚季风在晚始新世的演化所带来的更多水汽条件和青藏高原中部中央分水岭的形成有关，但在始新世与渐新世之交，伊利石含量陡然增多，而伊/蒙混层含量则减少，且两者频繁波动，这反映了该盆地在EOT时期受到全球降温的影响。     

风积地层中铁矿物随环境变化及其启示

铁在不同温度和湿度环境中形成不同铁的化合物,如铁的氧化物、氢氧化物、硫化物和碳酸盐等。这些不同种类含铁矿物可以通过磁学方法测量,根据它们含量与比例特征来分析过去地球环境变化。黄土是一种风积形成特殊成因的沉积岩,经过百余年不断争论,才有了"风成"的定论。本文总结概括世界各地的黄土古土壤形成环境与铁矿物特征,得到如下认识:红色古土壤只形成于干旱氧化环境中,但不是所有干旱条件都能够形成红色土;红色土壤中的磁赤铁矿和赤铁矿在湿润氧化和还原环境中不稳定,会渐渐转变成为氢氧化物(褐铁矿),甚至硫化物(黄铁矿/磁黄铁矿),导致红色褪去、黄色增加和磁化率降低。现代的河流、湖泊和海洋均为还原环境,沉积物也呈黄、灰、白、绿、黑等还原系列颜色与之对应。将今论古可以推理,过去红色地层极不可能形成于"水成"环境,只能形成于地表透水性良好的干燥氧化环境中。沉积岩除了"水成"和"风成"两个大类环境之外,至少还有一种过渡交互类型需要得到特别认识,如干旱区山间盆地洪积类型(戈壁滩洪积与河流河漫滩等环境)。这类沉积物毫无疑问是洪水搬运形成,因此留下层理等特征;但是洪水消失后,沉积物实际上长期处于地表干燥氧化成土环境,因此兼有水成和成土两种特征。丹霞红层具有水成层理,并同时具有原生红颜色的就是在这样环境中形成的。张掖彩色丘陵,并非湖相水成地层,而主要是风积古土壤地层序列,在长期持续炎热半干旱环境条件下甚至还发育了特殊的厚层石膏土。黄土与环境的深入研究必将对地质学和地理学产生深远的影响,比如黄土研究已经带来地学一些基本概念变化,如:古土壤层并不一定意味着沉积间断;层状沉积岩地层并不一定是"水成"等等。     

萨拉乌苏河地区地层中的碎屑矿物及其所反映的中更新世末期以来之气候环境变化

文章根据对萨拉乌苏河地区第四纪地层中的碎屑矿物分析结果,将重矿物按其抗化学风化的能力不同分为不稳定、较稳定、稳定和极稳定四种类型,不同层位的重矿物类型的百分含量不同,从而可求出重矿物的风化系数HW。不同时期地层的HW不同,而HW的大小变化与化学风化的程度有很大关系,一般来说,化学风化作用强,HW相应变小。而化学风化作用的强弱又主要受气候的影响,从而可推测该时期气候环境的变化。     

碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物

氧化铁矿物是碳酸盐岩红色风化壳的主要矿物成分和重要结构单元。运用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、穆斯堡尔谱和电子探针等方法对碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物进行了系统研究。碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物主要有针铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿。氧化铁矿物组合、含量和化学成分随成土环境和风化强度在剖面中呈明显的规律性变化,这为碳酸盐岩风化成土作用、红色风化壳成因与环境问题的深入研究提供了重要的矿物学依据。