甘肃西峰赵家川黄土-红粘土剖面坡缕石分布及其古气候意义

自生坡缕石的形成可以指示着干旱、高蒸发量的环境。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射分析(XRD)对甘肃西峰赵家川红粘土剖面样品进行了系统研究。结果表明,坡缕石从2.04Ma开始广泛分布于整个红粘土剖面。坡缕石晶体在红粘土矿物碎屑中呈束状交织形态,其与周围矿物的接触关系说明是从古土壤溶液中直接结晶沉淀出来,因此是自生成因。赵家川剖面中坡缕石记录的信息与青藏高原隆升有着时代的耦合性,也与亚洲内陆干旱化有着密切的联系,佐证了青藏高原隆升对东亚季风的控制和风成堆积的重要控制,验证晚上新世黄土高原干旱化气候的开始,更新世干旱化进一步加剧。因此,坡缕石可以作为黄土高原干旱化气候的矿物学新指标。     

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。     

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。     

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。     

3Ma以来黄土高原朝那黄土-红粘土序列赤铁矿记录及其古气候意义

土壤和前期研究表明黄土-红粘土序列的赤铁矿含量与环境密切相关,对气候的干湿变化非常敏感,气候越湿热,赤铁矿含量越高。本文研究表明黄土-红粘土样品漫反射光谱一阶导数曲线在555~575nm间的峰面积作为赤铁矿指数可以客观有效地指示赤铁矿含量的高低。通过黄土高原朝那剖面红粘土-黄土序列的系统漫反射光谱分析,建立了3Ma以来黄土高原赤铁矿含量变化记录,揭示赤铁矿含量在约2.5Ma,1.5Ma,0.6Ma和0.15Ma显著阶段性减小,指示了黄土高原阶段性变冷干的演化历史。     

黄土高原朝那剖面风尘堆积序列磁化率的古环境意义

黄土高原中部连续的风尘堆积黄土-红粘土序列,蕴含着东亚季风演化与高原隆升等重要的古气候与构造信息.结合已有的古地磁年代,根据磁化率的变化特征对黄土高原中部朝那黄土-红粘土剖面记录的古环境变化进行了划分,共划分I(8.1～5.6 MaBP)东亚季风的初显期、Ⅱ(5.6～4.8 MaBP)东亚夏季风开始增强期、Ⅲ(4.8～2.8 MaBP)青藏高原隆升和东亚季风波动增强期、Ⅳ(2.8～2.6 MaBP)气候转型期、V(2.6～1.2 MaBP)弱季风期、Ⅵ(1.2～0.62 MaBP)季风增强期和Ⅶ(＜0.62 MaBP)季风鼎盛期等7个阶段.并将其与全球冰量、太阳辐射进行对比,初步讨论各阶段演化的可能机制.     

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。     

黄土-红粘土记录的构造尺度气候变化

晚新生代约5Ma以来,全球气候系统发生了一系列的重要转型,地球从单极(南极)常年有冰变为两极常年有冰,新生代从"温室"转为"冰室"的漫长历程至此完成.中国连续的黄土-红粘土沉积覆盖了约8～7Ma以来的时段,提供了完整的Pliocene-Pleistocene转型时期的陆相古气候记录,是研究晚新生代构造尺度气候变化和转型的重要记录.黄土-红粘土记录表明,其构造尺度变化既在相当程度上反映了晚中新世-上新世以来的全球变冷信号和Plio/Pleistocene转折、Mid-Pleistocene转折等重要构造事件,同时也对重要的区域构造和环境演化过程有显著的响应.今后需要通过对黄土-红粘土记录的研究,就上新世-更新世一系列的转型过程中重要气候系统成员的变化特征、高低纬气候系统相互作用特征以及转型机制等第四纪气候变化的根本问题作出有特色的回答.     

黄土频率磁化率与古气候冷暖变换

本文详细研究和对比了几个区域的黄土剖面,证明中国黄土地层发育的一致性;根据第5阶段以来黄土磁化率和深海氧同位素曲线特征的比较,证明中国黄土地层的连续性和全球气候变化的一致性。黄土地层的古气候信息强度与分辨率成反比,是全球信号和区域信号的叠加。黄土高原各地厚度或沉积速率的差别主要是1.7 Ma以来形成的。黄土地层频率磁化率数值随黄土和古土壤层的出现,分别呈波谷和波峰对应,说明在温湿条件下有许多细小(<0.03 μm)的铁磁性矿物形成,它可能是导致古土壤磁化率增高的最主要原因。这些磁颗粒的含量反映古气候温湿程度的强弱和持续时间的长短。黄土频率磁化率对古气候的突变或渐变研究可能具有十分重要的意义。     

西峰黄土剖面碳酸盐变化及其古气候记录意义

在连续沉积的黄土剖面中蕴藏中丰富的古气候变化的信息,中国的黄土沉积一直以来是重建古环境演化重要的信息库.自20世纪80年代以来,研究者确立了各种古气候的替代性指标[1-2],黄土中的磁化率指示着夏季风强弱变化的重要替代性指标,黄土中风化程度主要受控于夏季的降水量和温度的变化,因此黄土中成壤程度与夏季风具有显著的关系.     

黄土高原风成沉积物磁化率各向异性研究

中国黄土高原粉尘堆积以往注重从物源区携带粉尘的古风向,对粉尘沉积→固结期的古风向缺乏研究。本文评述了近年来应用黄土高原黄土、红粘土磁化率各向异性研究古季风风向变迁所取得的一些重要进展并指出磁化率各向异性最大轴和最小轴的方位和倾伏均与沉积→固结期风向变化密切相关。黄土磁组构结果与利用各种统计方法计算出的古风向在多个剖面与现代夏季风方向相似,由此推论黄土是冬季风带来的沙尘在经历夏季风携带的降雨洗礼后才固结而成。而在黄土之下的红粘土地层中的初步研究发现磁组构显示明显的西风带沉积特征,指出这一现象将在今后研究中继续深入探讨。     

白水黄土-红粘土化学风化强度的剖面特征与粒度效应

白水剖面黄土-红粘土全样化学分析表明,以CIA指数为代表的化学风化强度从剖面下部往上逐步变弱,波动增大,总体趋势与深海氧同位素代表的全球冰量变化可以很好对比。分粒级组分化学分析则显示,黄土-红粘土主要元素迁移及化学风化强度与粒度强烈相关,CIA指数表征的化学风化强度变化在相当程度上受到粒度变化的控制。总体上,黄土-红粘土各粒级颗粒的风化程度都不高,而且沉积之后的成土风化作用对其主要元素含量的影响有限,黄土-红粘土化学成分的长期变化趋势主要受到物源的新加入和混合过程的影响。从剖面变化看,粗粒级部分(5～20μm和20～63μm)的风化指数的变化特征与细粒级部分(2O/Al2O3,Na2O/Al2O3,CaO/Al2O3和MgO/Al2O3比率的变化依次出现转折,这很可能与晚新生代黄土-红粘土物源区构造抬升、冰川剥蚀能力不断加大,使得新鲜基岩不断被剥蚀、去顶,由此造成主要造岩矿物顺序剥蚀、接受风化,成为粉尘新物源有关。     

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。     

黄土高原红粘土序列与晚第三纪的气候事件

红粘土序列由7个古土壤组合和与之相间的红色黄土组合组成,它们是建议的地层划 分和对比的一级单位。系统的古地磁研究表明,黄土高原风尘沉积开始的年龄约为7．2MaB．P．,它标志着晚新生代亚洲内陆干旱化的开始,可能意味着青藏高原在此时达到了有意义的高度,东亚古季风环流基本建立。风尘沉积速率与夏季风强度在长时间尺度上的耦合揭示了它们与青藏高原高度的共同联系,也意味着青藏高原可能经历了多次隆升和夷平过程;第四纪黄土-古土壤序列是2.6～2.8MaB.P．全球冰期-间冰期气候旋回建立的证据。     

中国黄土和阿拉斯加黄土磁化率气候记录的两种模式探讨

在中国和中欧黄土-古土壤研究中发现的磁化率与成壤作用(或古气候温湿程度)的正相关性已被第四纪科学家广泛认识,并应用于古气候研究中.成壤过程形成的亚铁磁性矿物被认为是古土壤磁化率增加的主要原因;然而,这一模式并不一定适用于其他黄土沉积地区,如阿拉斯加和西伯利亚黄土沉积显示了一个完全相反的磁化率行为,即在黄土层获高磁化率值而在古土壤层获低磁化率.这种相反的关系过去被解释为磁化率反映的是与风动力吹来的亚铁磁性矿物的含量,即与风速或风力大小有关.本研究发现阿拉斯加黄土与古土壤的磁性矿物性质有明显差异,不仅仅是粒径的大小,还有磁性矿物的种类即矿物相的差别.这一证据很难单纯以风力强度的大小来解释,意味着阿拉斯加古土壤的低磁化率至少部分是在成壤过程中亚铁磁性矿物发生改变(如溶解)而造成,表明阿拉斯加黄土和中国黄土的磁化率与古气候记录可能存在两种模式,即氧化和还原条件下的成土模式.黄土磁化率在不同的气候(温度湿度)条件下有着不同的对应关系:在低降水量、高蒸发量的干旱氧化成壤条件下,利于亚铁磁性矿物的生成,其磁化率与古气候的关系呈正相关,如中国和中亚黄土;在高纬高湿的还原成壤条件下,亚铁磁性矿物会被破坏被分解,其磁化率与古气候呈负相关关系,如阿拉斯加黄土.如果成壤条件在氧化和还原之间来回变换,那么就很难找到两者之间的联系.因此,将磁化率应用于古气候的重建时要加倍的小心.     

黄土高原红粘土成因及上新世北方干旱化问题

本文通过对黄土高原第三纪红粘土的野外观察，以及沉积学和地球化学分析，得到能证明红粘土为风成沉积的新证据。另外，佳县红粘土沉积的土壤学特征表明，上新世时期的东亚夏季风强度总体强于第四纪。     

趋磁细菌及磁小体对黄土-古土壤序列磁化率贡献的模拟实验研究

选择西峰和段家坡两个黄土剖面,对磁化率变化显著的L6-S5-L5层段,通过对样品中的趋磁细菌(MB)用相同的培养基富集及生长培养,初步定量模拟了MB和磁小体(MSs)对黄土-古土壤序列磁化率的贡献。富集培养MB后,段家坡剖面样品磁化率表现出不同程度的增高,最大达116.4%(DS5-1)。以古土壤样品XS5-1、DS5-1为介质生长培养MB,DS5-1磁化率的增长与接种的菌液量呈近似线性关系。此外,生长培养后古土壤样品频率磁化率与FeO/Fe2O3比值呈现出相似的变化趋势,证实了磁小体的形成。由此表明:1)MB和MSs是影响黄土剖面磁化率的因素之一,受气候和地质环境等因素的影响,不同地区黄土剖面MB的生长和MSs的形成存在差异,因此对磁化率的贡献也不尽相同;2)MSs是黄土-古土壤序列中超细粒磁性物质的组成部分。当气候环境比较适宜MSs形成及保存时,MSs在黄土剖面中超细粒(≤50nm)磁性组分中比重会相应增高,对磁化率和频率磁化率的影响也更为突出。     

黄土高原记录的MIS 6.5期东亚夏季风信号及其古气候意义

深海氧同位素(MIS)6.5期是古气候演化的一个特殊时期。其太阳辐射强度显著高于全新世, 但当时冰量较大, 全球气候整体处于冰期环境; 此现象支持全球气候变化主要受控于全球冰量。然而, 来自中国石笋氧同位素异常偏负, 指示东亚季风区湿润程度已达间冰期水平, 支持东亚夏季风直接受太阳辐射所驱动。为理解以上冲突, 本研究选取黄土高原沉积序列为研究对象, 考察东亚夏季风是否可能在MIS 6.5期发生扩展, 理解东亚季风区对太阳辐射的响应关系。研究结果发现:MIS 6.5期黄土高原水分条件与MIS 3期类似, 显著低于典型间冰期气候。MIS 6.5期与典型间冰期之间降水量的差别, 由季风边界区向核心区呈现逐渐降低的趋势。东亚夏季风演化与太阳辐射变化并不完全一致。黄土高原西北部沉积序列记录的东亚夏季风演化包含有强烈的岁差周期和100ka周期, 可能受全球冰量和低纬地区太阳辐射的共同影响。