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。     

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.     

阿尔金新近纪红粘土的古地磁年代及古气候记录

黄土-古土壤序列、红粘土等风尘堆积由于其本身蕴含着丰富的气候信息而成为研究新生代古气候（东亚季风）演化的理想载体。已有的研究表明大面积连续分布的风尘堆积主要出露在黄土高原及邻区。新近,在青藏高原北缘阿尔金山地区发现了一套厚约88.4m的新近纪红粘土堆积（彩虹沟组）,红粘土本身沉积特征及其与黄土高原典型风成沉积物的诸多相似性表明其为风成产物。生物化石约束下的磁性地层学表明该风尘堆积形成于13.0~2.6Ma。根据沉积物的载磁矿物、磁化率系统差异可将该序列分为上下两段:下段（13.0~11.5Ma）载磁矿物以磁铁矿为主,磁化率值总体较高（平均值为15×10-8m3/kg）且变化频繁,指示了总体湿润但干湿交替明显的古气候;上段（10.3~2.6Ma）稳定的磁化率低值（平均值为9.5×10-8m3/kg,主要载磁矿物为赤铁矿）为干旱少雨背景下的产物。11.5~10.3Ma（过渡段）的磁化率降低及载磁矿物的转变为区域干旱化增强的反映。该次干旱化事件是在全球变冷与副特提斯洋退出的总体背景下,高原北部逐渐向北扩展引起的。     

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。     

基于U Pb定年和单颗粒锆石粒径分析示踪 中国黄土高原黄土和红粘土物源

中国黄土高原的风成沉积蕴含着丰富的大陆古气候和大气环流变化信息,但关于黄土和红粘土物源是否有变化目前仍存在着争论。近些年,锆石的LA-ICP-MS定年被广泛用于追踪沉积物来源,本文把碎屑锆石的UPb定年运用到红粘土中,并结合前人的数据和碎屑锆石粒径分析对黄土和红粘土物源进行了重新的讨论,认为黄土高原黄土碎屑锆石主要来源于黄土高原北部戈壁沙漠和附近的沙漠,极少量锆石来源于青藏高原北部,而不是主要来源于青藏高原北部和柴达木盆地,红粘土的锆石物源受近缘的基岩影响较大,朝那6.2~3.6Ma红粘土锆石碎屑部分来源于附近的六盘山。而且在0.12 Ma、0.86 Ma、1.25 Ma之间,黄土碎屑锆石物源较稳定,存在少量变化,在2.6 Ma和3.6 Ma前后,黄土、红粘土碎屑锆石物源存在明显变化,这可能和全球变冷导致近地面冬季风增强有关。     

中国黄土高原红粘土环境磁学研究进展

黄土高原地区的红粘土沉积序列蕴含着晚新生代气候变化和高原隆升的信息。最近的研究表明,红粘土与上覆的黄土-古土壤序列具有相似的磁学性质,用环境磁学的方法可以成功地提取红粘土中的古环境、古气候信息。文章评述了近年来红粘土环境磁学研究所取得的一系列进展,对黄土高原红粘土的磁学性质、磁学参数的古环境意义以及红粘土磁化率所记录的米兰科维奇气候周期和东亚夏季风的演化历史等问题进行了回顾和讨论。     

黄土高原西部红粘土岩石磁学性质及其指示的亚洲内陆中中新世气候变化特征

对黄土高原西部庄浪红粘土进行详细岩石磁学分析表明,沉积物磁性由磁铁矿和赤铁矿主导,并且含有一定量的磁赤铁矿。中中新世大暖期红粘土中磁铁矿、磁赤铁矿含量显著升高; 中中新世大暖期前后红粘土中的磁铁矿含量相对较低,赤铁矿相对含量较高,但并未显示较强的磁赤铁矿信息。磁性矿物的整体粒径表现为以SP,SD和PSD颗粒为主,MD颗粒较少。庄浪红粘土磁化率在16.5~13.8Ma出现峰值,与当时的夏季风强盛、降水丰富、成壤作用较强造成的亚铁磁性矿物相对含量增加密切相关。在全球气候变暖的中中新世大暖期,综合庄浪岩石磁学特征以及陆地和海洋的其他证据可以推测当时东亚冬、夏季风可能同时增强。     

洛川黄土-红粘土序列铁氧化物组成及其古气候指示

对洛川黄土、古土壤和红粘土中磁性矿物组成、成因和相关系进行了研究。结果表明:黄土磁性矿物以风尘磁铁矿为主,少量的成土赤铁矿和成土磁赤铁矿;古土壤磁性矿物以成土磁赤铁矿为主,成土赤铁矿次之,少量的风尘磁铁矿和赤铁矿;红粘土磁性矿物以成土赤铁矿为主,风尘磁铁矿和成土磁赤铁矿次之,少量风尘赤铁矿。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成差异,反映了其形成期不同的古气候特性以及不同气候条件下生物地球化学作用强度的差异。干冷的冰期,黄土弱成土作用形成了以粗颗粒的风尘磁铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。间冰期的温暖湿润的古气候最有利于生物活动,强烈生物活动导致古土壤中大量纳米超细磁赤铁矿/磁铁矿产生,形成以磁赤铁矿为主,风尘磁铁矿核 赤铁矿边为辅的磁化率载体。红粘土成壤期,强降雨强蒸发的长干短湿的高温炎热的古气候使得红粘土化学风化强烈,生物地球化学活动较弱,形成以磁铁矿核 赤铁矿边和磁赤铁矿核 赤铁矿边的磁化率载体。黄土、古土壤和红粘土磁性矿物组成、磁性矿物相关系是其形成期独特的古气候指示。     

过去600万年黄土高原夏季风周期的阶段性演化及其强迫因子初探

运用小波分析与传统谱分析技术相结合的手段,对甘肃省西峰的一套黄土-古土壤-红粘土记录过去6Ma夏季风气候代用指标的时间序列进行了周期谱演化分析,初步探讨了晚新生代以来黄土高原风尘记录所反映的周期演化特征.结果表明,轨道尺度的周期随时间演化,在北半球大冰期来临前后具有不同的响应特征.在3.1MaB.P.之前,主导周期以41000a和21000a为主,可视为对轨道要素变化的响应;3.1MaB.P.之后,0.1Ma的周期分阶段地趋于主导地位.其中,3.1MaB.P.,1.2MaB.P.和0.6MaB.P.准0.1Ma周期的出现可以同现有资料所反映的青藏高原加速隆升相对应,可能指示了气候演变中的构造影响.过去6Ma东亚夏季风记录中的准0.1Ma周期除与轨道要素变化的非线性响应有关外,很可能与青藏高原的阶段性隆升效应有关.     

甘肃灵台黄土-红粘土序列中坡缕石的分布及其古气候意义

坡缕石是典型的干旱、强蒸发环境的指示矿物,黄土-红粘土序列中坡缕石的分布对古气候和古环境重建具有重要的指示意义。本文对灵台任家坡剖面中黄土、古土壤和红粘土代表性样品进行了场发射扫描电镜和高分辨透射电镜观察,结果发现,在3.6Ma以前沉积的红粘土中存有大量的自生坡缕石,而在3.2Ma以来沉积的红粘土及其上覆黄土古土壤序列没有坡缕石。剖面样品扫描电镜原位观察形貌特征和微观结构显示,坡缕石属于成壤作用自生矿物,系由伊蒙矿物在富镁孔隙液作用下转化形成。灵台剖面中坡缕石消失的层位与红粘土磁化率升高和粉尘通量及沉积速率增加的层位相一致。坡缕石在剖面中的分布指示3.6～3.2Ma前后是东亚季风的重要转型期,东亚古气候格局发生改变,由连续干暖的夏季风占主导向干冷冬季风和暖湿夏季风高频强波动交替环境演化。     

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。

     

最近880 ka以来黄土-古土壤序列粘土矿物和粘粒地球化学特征及东亚夏季风演化

中国黄土-古土壤序列记录了东亚古气候的演化历史。为获取黄土高原南部地区夏季风强度演化特征,以甘肃灵台邵寨L₉以来的黄土-古土壤序列为研究对象,通过X射线衍射(XRD)和X荧光光谱(XRF)方法分别对880 ka以来黄土-古土壤序列粘粒组分的粘土矿物和元素地球化学特征进行了系统分析。研究表明,黄土高原南部地区880 ka以来风尘堆积序列以伊利石为主,其次为蛭石,含少量的1.42 nm混层矿物(HIM)、高岭石和蒙脱石(含I/S),不含绿泥石;粘粒组分中常量元素含量从高至低排列如下：SiO₂>Al₂O₃>TFe₂O₃>K₂O>MgO>CaO>Na₂O>TiO₂>P₂ O₅>MnO。将粘土矿物组合、粘土颗粒显微结构与粘粒组分元素地球化学特征相结合,系统揭示出邵寨剖面中,蒙脱石(含I/S)和高岭石主要来源于原始风尘碎屑,伊利石包括原始风尘碎屑和后期风化成壤两种来源,蛭石和HIM为成壤风化产物。由于含Na、Fe、Mg元素的蛭石、HIM和蒙脱石(含I/S)含量的变化主要受控于成壤作用的强弱,因此基于上述元素获取的粘粒组分的CIW'(CIW'=100×Al₂O₃/(Al₂O₃+Na₂O))和TFe₂O₃/MgO指标很好地记录了古东亚夏季风环流强度的变化历史。研究发现,880 ka以来东亚夏季风环流强度呈间冰期/冰期的强/弱变化特征,在约850 ka、约620 ka、约550 ka、约420 ka和约127 ka等几个间冰期显著增强。

     

黄土高原风尘序列的碳酸盐成因及其风化过程

碳酸盐是黄土高原风尘序列的主要组成部分,其含量与原生碳酸盐溶解、再沉淀,以及含钙硅酸盐化学风化强度等密切相关。碳酸盐在表生环境下极易移动,且其迁移变化受大气降水、温度等古气候所制约,因此黄土次生碳酸盐记录了古气候的重要信息。甘肃西峰赵家川剖面碳酸盐含量、磁化率的系统测定和风尘序列地质特征研究表明,在整个剖面中,碳酸盐含量和磁化率曲线呈显著的负相关,并从剖面上部到红粘土底部,碳酸盐含量有增加趋势。黄土、古土壤和红粘土沉积分别处在不同风化阶段:黄土化学风化最弱,处于钙质残积阶段,古土壤处于强烈钙质淋溶阶段和硅铝残积阶段,红粘土化学风化最强烈,处于硅铝残积阶段或红土化阶段;不同的化学风化阶段古气候性质有别。     

温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素。大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ 13 C)研究表明, 温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正), 降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负); 同时, C4 植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成。基于这些认识, 以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究。但是, 相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展。本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析。结果表明, 在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ 13 C值偏正; 反之, 在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ 13 C值偏负。通过分析表明, 研究区的植被类型是以C3植物占主导地位, C4植物对土壤有机质δ 13 C变化的贡献有限, 并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点, 据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素, 超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响。这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用。这些认识对于在未来全球变暖背景下, 东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义。     

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。     

近十万年来渭南黄土波谱-地球化学环境信息探讨

本文对我国陕西渭南剖面的黄土、化学组成、元素地球化学、稀土元素配分模式和矿物波谱特性等进行了一些实验研究，并在此基础上分析提取环境信息，试图建立黄土中高分辨演化序列及其所表征的环境变迁标志之间的关系，编制了干旱化黄土波谱－地球化学综合特征曲线图。最后，对近十万年来环境变迁的规律和发展趋势进行了初步探讨。