西峰风尘堆积的伊利石结晶度及古环境指示

黄土高原第四纪黄土伊利石结晶度是东亚夏季风的有效指标,但以前对该指标的研究主要集中在末次间冰期以来的黄土沉积。本文采用X射线衍射技术对西峰第四纪黄土（0~2.6Ma B.P.）和三趾马红土上部（2.6~3.6Ma B.P.）代表性样品的粘土矿物（ < 2μm）进行了测试,结合伊利石化学指数I（002）/I（001）值对伊利石结晶度Kübler指数（KI值）指示的环境信息进行了分析。结果显示,第四纪黄土伊利石结晶度主要继承了原始风尘特征,而第四纪古土壤伊利石结晶度指数KI值均显著高于相邻黄土,与伊利石化学指数I（002）/I（001）值和成壤特征有较好的一致性,表明KI指数可以有效地指示整个第四纪黄土沉积的风化成壤强度,对研究东亚夏季风长期演化具有重要的潜力;上新世三趾马红土KI值较高的特征表明上新世期间我国北方夏季风环流整体上较第四纪时期强盛。进一步分析KI值与I（002）/I（001）值的关系后发现二者具有较好的线性正相关,表明伊利石结晶度的变化是由于风尘堆积在风化成壤过程中,伴随着Fe-Mg离子的不断淋失,伊利石晶体结构发生改变而引起的。

     

末次间冰期以来黄土古土壤容重特征

通过洛川剖面和白草塬剖面末次间冰期以来黄土古土壤容重序列的建立,对比磁化率、粒度及深海氧同位素分析发现,六盘山东西两侧不同气候区黄土古土壤具有不同的容重值,其成因亦不同。六盘山以东半湿润半干旱气候区黄土古土壤容重值受成壤作用影响,主要由夏季风控制;而六盘山以西半干旱气候区容重值受沉积物粒度影响,主要受冬季风控制。并且在空间上自黄土高原西北向东南容重值呈变大趋势。     

陕西洛川黄土-古土壤剖面中伊利石结晶度——黄土物质来源和古气候环境的指示

伊利石是我国黄土和古土壤中最主要的粘土矿物。本文选择陕西洛川黄土-古土壤国际典型剖面为研究对象,通过测定伊利石的结晶度(Kubler指数)、Srodon峰强比值(Ir)和2M_1多型含量,发现黄土物质的起源与中高温(>280℃)地质环境有关;黄土样品中伊利石结晶度值为0.25°2θ(Cu Ka),古土壤样品中伊利石结晶度值大于0.27°2θ(Cu Ka);黄土和古土壤中伊利石结晶度值的差别,是由于古土壤中伊利石含少量的膨胀层,而黄土样品中的伊利石不含有膨胀层而引起的。古土壤中伊利石的膨胀层的成因,与伊利石     

关于伊利石结晶度诸指数的评价

本文根据结晶学原理、Ｓｃｈｅｒｒｅｒ定律、Ｗａｒｒｅｎ－Ａｖｅｒｂａｃｈ理论和Ｘ射线衍射峰形态学原理提出任何衍射峰都是由五个基本要素组成的,即：衍射峰位置;最大衍射强度;半高宽;衍射峰形态和对称性。各衍射峰要素都具有其自身的物理学意义,其中,只有半高宽和衍射峰形态是与晶体内部结构和大小即结晶度相联系的。据此,分析评价了与Ｘ射线衍射相关的Ｋüｂｌｅｒ指数、Ｗｅｂｅｒ－ＤｕｎｏｙｅｒｄｅＳｅｇｏｎｚａｃ－Ｅｃｏｎｏｍｏｕ指数、Ｗｅａｖｅｒ指数、Ｍｉｌｉｅｒｓ指数、Ｗｅｂｅｒ指数、分解ＨＷ及纯Ｃ轴厚度等伊利石结晶度指数的理论基础、使用前提和条件、特点及误差源。指出Ｋüｂｌｅｒ指数、Ｗｅｂｅｒ－ＤｕｎｏｙｅｒｄｅＳｅｇｏｎｚａｃ－Ｅｃｏｎｏｍｏｕ指数和分解ＨＷ为非条件性单一结晶度指数;Ｗｅａｖｅｒ指数、Ｗｅｂｅｒ指数和高宽比为条件性单一结晶度指数;消除晶体内部微应变影响的ｃ轴厚度为全面描述伊利石结晶度指数;而Ｍｉｌｉｅｒｓ指数不可描述伊利石结晶度。     

末次间冰期以来渭南黄土地区土壤有机碳碳库的演变

冰期-间冰期的陆地碳库变化成为最近十几年来碳循环研究的热点之一,以深海氧同位素、模型模拟和古环境证据等手段展开对不同时间尺度上不同碳库之间碳通量变化研究.土壤碳库的巨大储量导致了土壤碳库的任何微小波动都比陆地生态系统其他碳库更容易影响陆地生态系统碳循环以及大气CO₂浓度,并最终影响到全球气候变化.通过对过去4万年来黄土高原地区土壤有机碳碳库的演变研究发现,深海氧同位素第3阶段期间,土壤有机碳碳密度相对于磁化率在细节上更能够表现出气候的小波动,这一期间的土壤有机碳碳密度快速上升,在较高的水平上多次波动,可能是因为这一时期的气候环境整体上更适宜碳在黄土古土壤中的累积和保存.在末次盛冰期(LGM)时,土壤有机碳碳密度急剧下降,伴随气候的快速波动,其间有一次较大规模的反弹,持续约2 ka,最低值出现在14 ka BP和19 ka BP.对比深海氧同位素曲线,土壤有机碳碳库与其在末次盛冰期和全新世都表现出良好的一致性.而磁化率在大约15 ka BP以后就开始增加,似乎超前于土壤有机碳碳密度和深海氧同位素的增加.并且,在全新世早期到晚期土壤有机碳碳密度经历了逐渐上升继而下降的变化过程,该时段的最高值出现在大约7~5 ka BP.      

中原邙山黄土与末次间冰期以来古季风特征

中原邙山赵下峪剖面出露S10以上黄土地层,厚度大于172.1m。末次间冰期S1古土壤厚15.7m,末次冰期L1黄土厚达77.3m,其中晚冰阶L1LL1黄土、间冰阶L1SS1古土壤和早冰阶L1LL2黄土分别厚41.6m、13.2 m和22.5 m。邙山黄土是厚度最大的晚更新世黄土地层剖面之一,记录了丰富的气候环境变化信息。用SPECMAP氧同位素曲线确定的阶段界限的日历年龄为标定点和磁化率年龄模式,获得相应的时间标尺,据以计算出S2以上各层段的平均沉积速率和分辨率。邙山黄土倒数第二间冰期以来不同冰期或冰阶与间冰期或冰阶的粒度、平均沉积速率和分辨率有很大的差异,其中以末次冰期晚冰阶L1LL1黄土的平均沉积速率为最高,达3.45 mm／a,而末次问冰期S1古土壤的沉积速率亦高达0.28 mm／a。本文主要根据赵下峪剖面的磁化率和>45μm粗颗粒含量变化曲线,并与格陵兰GRIP冰心和深海SPECMAP氧同位素曲线对比,讨论末次间冰期以来古季风特征及其相互关系。     

伊利石的结晶度及其地质意义综述

根据伊刊石第一级底面反射峰即d=10?峰的形状和特征,本文综述了不同作者测定伊利石的结晶度从而判别其结晶程度的几种方法,在此基础上,对伊利石不同结晶度指数及变化在地学上的应用作了较为详细的总结。     

黄土高原黄土-古土壤的矿物组成及其环境意义

采自洛川和西峰剖面的34个黄土-古土壤样品分为砂、粉砂、粘土三个粒级进行了矿物成分分析。结果表明．黄土高原黄土和古土壤的矿物组成基本一致．除了方解石和褐铁矿、磁铁矿因在样品处理时已被剔除未予计算外，其主要矿物是石英、云母、长石和绿泥石。这4种矿物占总量的88％-91%，其他矿物有高岭石、蒙脱石、蛭石和少量重矿物。不同地质剖面和不同地层层位的矿物差异主要表现为组成矿物在含量和粒度上的变化。洛川与西峰剖面、古土壤与黄土以及相同古土壤层的上部与下部相比，它们的矿物组成主要表现为前者古有较少长石和较多云母和蛭石，而且颗粒较细，表明在土壤发育过程中使矿物转变的生物化学风化过程和使矿物颗粒由粗变细的物理风化过程并存。这一结果有利于这样一种土壤发育机制解释，即古土壤发育与黄土堆积过程同时进行，只是在古土壤发育时期黄土的堆积过程缓慢，成土作用大于黄土堆积作用而发育土壤。     

狭缝系统与伊利石结晶度Kuebler指数的测定及相关问题讨论

根据实验结果,衍射峰半高宽随接收狭缝增大而呈二次工线线性增大。扫描速度与扫描步长的确定应遵守Ｗａｎｇ（１９９４）提出的关系式,并确定在相对误差小于〈５％的范围内。固定样品条件,选定最优实验条件下使用国际标样标定系统偏差是伊利石结晶测量中必不可少的重要步骤。不固定样品条件和实验条件,同一样品的伊利石工值将因条件的变化而不同;固定样品和实验条件而不使用国际标样标定系统偏差,则无法与他人数据进行对比,其     

应用国际标样对伊利石结晶度测定值的校正及其意义

伊利石的结晶度(IC),又称Kbler指数(K.I.),是指粘土矿物伊利石10×10-8cmXRD峰的半高宽。作为一个变质程度的指标,结晶度广泛用于研究高级成岩—极低级变质—低级变质作用的演变过程,随着变质程度的提高,伊利石结晶度逐渐增大。根据Kbler的建议,近变质带(极低级变质带)上、下边界的伊利石结晶度分别为0.42(°Δ2θ)和0.25(°Δ2θ)。然而,测定伊利石结晶度时,由于缺少国际标样,且各实验室间的样品制备、仪器条件、测试方法也不相同,因而导致获得的数据有较大差别,缺少可比性;因此,使用国际标样对数据进行校正,使各实验室获得的数据都能直接地进行对比,是非常必要的。利用X射线衍射方法测定了由L.N.Warr提供的5个伊利石结晶度的国际标样(其中,4个为岩石碎屑样品,采自英格兰西南部的极低级变质带;1个为单矿物样品,采自印度的花岗岩),获得了校正方程,ICCIS=0.977IC测定值+0.0336(°Δ2θ),R2=0.9835。在实验室内对213件采自国内的样品进行测定,测试条件与国际标样的测试条件相同,利用此方程对测得的伊利石结晶度数值进行校正,证实本实验室对伊利石结晶度的测定具有较高的可信度和国际可比性。     

黄土高原西部上新统风成红粘土的微形态特征及其古环境意义

黄土高原中新统-上新统风成红粘土沉积序列是记录东亚季风演化和亚洲内陆干旱化历史的重要载体。红粘土沉积前可能存在相当程度的风化过程,准确区分物源区原生信号和沉积后次生成壤信号是红粘土古气候重建的基础。偏光显微镜下土壤微形态可直观反映沉积结构和成壤程度。本研究以黄土高原西部董湾剖面厚约73.7 m的中新统-上新统（7.1~3.52 Ma）红粘土及其中的钙积层为对象,在野外考察的基础上,对该剖面上部12 m厚度的红粘土进行详细的土壤微形态分析和扫描电镜观察,并与上覆第四纪黄土沉积对比。结果显示,大部分红粘土及碳酸钙淀积层中,光性定向粘土不显著,粘化程度低,次生碳酸盐及晶体沿根孔和裂隙分布,古土壤总体为中等或弱发育程度。部分红粘土层中存在粘粒胶膜或铁锰结核,指示土壤发育相对较强。碳酸钙的淋溶淀积形式和红粘土序列中普遍存在的铁锰胶膜,与红粘土的透水性差、裂隙发育、地形和地下水位波动等因素有关,与古气候之间的关系存在一定的不确定性。红粘土序列中水的参与度高于第四纪黄土,流水侵蚀和地下水位波动影响区域之间地层对比和红粘土理化性质,亟需综合多种研究手段更准确认识红粘土的古气候和古环境意义。

     

关于伊利石结晶度Kübler指数的误差计算

本文讨论了测量Kubler指数时产生的误差来源;提出以统计学方法描述“Strip型”衍射峰的半高宽度及其误差大小;以衍射强度、衍射峰形态与测量条件关系式描述“Digital型”衍射峰半高宽的测量误差大小。并特别提出了数字化衍射仪平滑操作产生的误差原理和总体趋势。提出的原理及公式,不仅适合半高宽的误差计算,也适合于其他衍射参数的分析计算,并可用于数字化光谱分析计算中。     

伊利石结晶度Kübler，Weaver和Weber指数关系式常数的确定与应用

根据衍射峰具有的不同分布特点推导出了14个伊利石结晶度Kübler指数，Weaver指数和Weber指数关系式中常数项C1-C14的数值，提出了PearsonⅦ分布中形态参数μ与C5，C6，C11，C12的4个定量方程。由此，14个伊利石结晶度指数关系式可直接用于实际计算。根据阿尔卑斯复理石伊利石形态特征Sc=0.731，由这些关系式进行近变质带上下界线的转换得出与Kübler指数0.42～0.25。△2θ界线对应的Weaver指数和Weber指数的界线值分别为5.8～17.6和300～179。讨论了在自然干燥状态下直接进行伊蒙混层鉴定的基本原理。     

末次间冰期以来沙漠－黄土边界带的环境演变

沙漠－黄土边界带地处东亚季风边缘，这一地区的风成沉积即古风成砂－黄土－古土壤序列很好地反映了东亚季风环流的演变历史。末次间冰期的沉积（Ｓ１）由三层古土壤和夹于其间的两层黄土组成，可与深海氧同位素阶段５的五个亚阶段（ａ－ｅ）则很好对比。末次冰期的沉积（Ｌ１）由三层古风成砂和夹于其间的两层黄土构成，由此反映了与上述三层古风成砂对应的阶段２、阶段４及阶段３的中期是沙漠－黄土边界带冬季风活动加剧、沙漠扩大的时期。全新世的沉积是由一层草原上（Ｓ０）和其上的流沙组成，但这层流沙是在最近两千年来不合理的人类活动和当地特定风场条件的共同作用下形成，已不具备明显的气候指示意义。     

鲁中山地北麓黄土-古土壤粘土矿物组成及古环境意义

鲁中山地北麓的黄土沉积是我国东部平原区第四纪冰期-间冰期古环境变化的重要记录。目前,对这套沉积经历的风化成壤过程还没有开展系统的研究,限制了轨道尺度古环境变化信息的挖掘。本文采用X射线衍射分析方法,对鲁中山地北麓黑山剖面末次间冰期以来代表性的黄土L₁和古土壤S₁样品进行了粘土矿物测试分析。结果表明,黑山黄土沉积的粘土矿物组成以伊利石和蛭石（含层间羟基矿物,简称HIM）为主,二者含量在70.9%~82.2%之间,而高岭石、绿泥石和蒙脱石含量相对较少;与冰期黄土L₁相比,间冰期古土壤S₁含有较高的蛭石（+HIM）和高岭石,而伊利石、绿泥石和蒙脱石的含量相对较低,并且伊利石结晶度KI值和绿泥石风化指数（0.47/0.71 nm）显著增高。粘土矿物组合以及伊利石和绿泥石的化学风化特征表明古土壤经历了中等风化成壤作用,指示了暖温带湿润-半湿润的气候环境,夏季风显著增强。末次冰期黄土L₁中含有较多碎屑成因的蛭石（+HIM）,与已有黄土高原末次冰期黄土研究结果对比分析后,排除了鲁中山地北麓黄土与黄土高原黄土一样主要来自西北内陆荒漠区的可能,这进一步支持了鲁中山地北麓黄土主要来源于近源的华北平原各类沉积物的结论。

     

末次间冰期以来兴凯湖黑碳的沉积记录及其环境意义

在我国东北地区,黑碳记录较少,尤其是长时间尺度记录,区域火灾如何响应于气候变化还存在争议。本研究通过对兴凯湖XK08-A2钻孔约336 cm岩芯,共136个沉积物样品的黑碳含量进行了分析,并结合石英光释光和加速器质谱¹⁴C测年结果,探讨了末次间冰期以来东北地区火灾历史与古环境的联系。兴凯湖沉积物黑碳含量的平均值在末次间冰期、末次冰期以及全新世分别为0.51±0.10‰、0.68±0.15‰和0.71±0.20‰。兴凯湖沉积物中黑碳含量从下向上呈增加趋势,表明末次间冰期区域火灾的发生频次较低、规模较小,末次冰期火灾的频次升高、规模越来越大,全新世阶段火灾的频次和规模与末次冰期相当。这些变化与轨道尺度东亚夏季风进退以及人类活动密切相关。从末次间冰期到末次冰期,东亚夏季风变化是东北地区火灾发生的主要控制因素。强盛的东亚夏季风带来充沛的降水,促进了低洼地区湿地沼泽的发育,缩短了火风险期,致使发生大规模火灾的概率较低。自然背景下季风降水主导我国东北地区火灾的发生,与黄土高原和西南地区一致,但与欧美地区受温度影响存在显著的空间差异。全新世在人类活动的影响下,虽然东亚夏季风增强...     

末次间冰期以来沙漠－黄土边界带的环境演变

沙漠-黄土边界带地处东亚季风边缘,这一地区的风成沉积即古风成砂-黄土-古土壤序列很好地反映了东亚季风环流的演变历史。末次间冰期的沉积（S1）由三层古土壤和夹于其间的两层黄土组成,可与深海氧同位素阶段5的五个亚阶段（a-e）则很好对比。末次冰期的沉积（L1）由三层古风成砂和夹于其间的两层黄土构成,由此反映了与上述三层古风成砂对应的阶段2、阶段4及阶段3的中期是沙漠-黄土边界带冬季风活动加剧、沙漠扩大的时期。全新世的沉积是由一层草原上（S0）和其上的流沙组成,但这层流沙是在最近两千年来不合理的人类活动和当地特定风场条件的共同作用下形成,已不具备明显的气候指示意义。