环境磁学理论、方法和研究进展

环境磁学是一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的边缘科学.环境磁学可提供大量有关区域或全球环境变化及人类活动对环境影响等的重要信息,其研究范围迅速扩大,已成为当今地学前沿学科之一.本文在简述了环境磁学的理论和方法的基础上,介绍了环境磁学中几个主要研究领域如古气候与古环境变化、土壤学和环境污染研究等方面所取得的进展,指出了环境磁学研究中存在的不足之处,并提出了近年来环境磁学的一些新的发展趋势:①加强磁信息与地质记录之间的定量研究;②利用磁信息加强应用研究;③环境磁学与地球化学方法密切相结合;④建立全球磁数据库.     

南极洲伊丽莎白公主地区250年来气候环境变化研究

利用 1996 / 1997年中国首次南极内陆冰盖考察获得的 5 0m雪芯资料 ,恢复了南极洲伊丽莎白公主地区 2 5 0年来的气候变化情况 :2 5 0年来 ,伊丽莎白公主地区的积累率和气温大致可以 186 0年为界分为两段 ,186 0年以前气温和积累率都呈现上升趋势 ,而 186 0年以后气温明显降低 ,积累率变化不明显。同时 ,从 2 5 0年的时间尺度考察近半个世纪以来气温和降水的结果表明 ,虽然目前两者都呈现上升的趋势 ,但都不是历史上的最高值。 2 5 0年来的大气环境变化研究表明 :δ18O与NO-3 、nssSO2 -4 浓度变化表现出一定程度的负相关性 ,即冷期时这两种离子的浓度都较高 ,暖期时浓度低 ,这可能是冷期经向环流加强从而有利于其从中、低纬度传输的缘故 ;而海盐离子Cl-、Na+ 和Mg2 + 与δ18O无任何相关关系 ,可能反映了本地区雪冰中的海盐离子主要来源于周边海洋地区的降水。     

1200a来洪湖演变的环境磁学记录

对取自洪湖的 140cm沉积物样芯进行了环境磁学测量,分析了所获得的环境磁学参数随深度变化的曲线,结果表明,沉积物磁性特征由稳定单畴(SSD)和细粘滞性 (FV)亚铁磁性矿物所主导,磁性矿物颗粒由下至上粒径逐渐减小。结合AMS测年和地球化学分析,可以推断出洪湖在 1200a来经历了沼泽沉积和湖相沉积。并且磁性特征的变化与气候的变化大致对应:磁性参数较大值对应着冷干的气候条件;水热条件增强时,磁性参数值下降。较好记录了湖泊随气候的扩张和缩小过程,同时也反映了人类活动的影响。     

日本海南部48ka以来的环境磁学记录及其反映的千年尺度环境变化

本文系统分析了日本海郁陵海盆南部陆坡KCES钻孔48ka以来的古地磁、岩石磁学和沉积学性质。在已经报道的以 AMS 14C 测年、火山灰地层和特征深色层年龄模型上,以磁化率、非磁滞剩磁和饱和等温剩磁为归一参数的"地磁场强度"特征低值可以与北大西洋ODP 983钻孔对比,方向可以与日本海和太平洋其他钻孔进行对比,强度年龄与之前年龄一致且更详细。48ka以来末次冰期(36~15kaB.P.)的磁性矿物输入最多,颗粒最细,软磁组分最高,末次冰期其他时段和冰消期、冰后期的磁性矿物输入降低,颗粒变粗,高矫顽力磁组分增加。岩石磁学的系统变化揭示早期成岩作用在7kaB.P.以来程度稍强,48~7kaB.P.作用较弱,不足以影响岩石磁学参数的环境记录。由于样品的不连续,末次冰期岩石磁学与千年冷暖事件的对应不明显,而在冰消期(15~11kaB.P.)海面急剧上升、全球温度变化剧烈的时期,岩石磁学参数表现为非常均匀的粗颗粒快速堆积,但是磁性矿物含量减少,软磁性组分也减少。此时陆源输入中的稳定元素Ti的相应变化暗示物质源区的变化和/或强劲水动力条件的筛选作用。与此同时,底流强劲并且方向多变,沉积物中砂和粉砂含量剧增都说明海底处于动荡和充氧的条件,与末次盛冰期时的分层海洋明显不同。因此,KCES钻孔的岩石磁学变化记录了陆源物质输入、底流演变和沉积后变化,这些都可能与著名的千年事件具有成因关系。     

西藏班戈错近50年来的湖面变化

本文根据大量地形图、遥感图像或遥感数据、连续29个月的水位观测记录、三次水深测量和2003年5 月26日的湖水位高程测量等资料,勾绘了班戈错近50年来的湖岸线变迁和湖面高程变化曲线图。研究表明,自1959 年至2003年9月的近50年间班戈错湖面总体上升,但其间经历了先降后升再略有下降的过程,即自1959年至1973年或稍晚,班戈错一直收缩、湖面下降了0．25 m;自1973年或稍晚至2001年秋,湖面总体上升,其幅度可达1．75 m;其后,湖面又略有下降。班戈错湖面变化的原因难以用其面积较小的流域本身的气温与降水的变化来解释,只能归结为与其有水力联系的母湖色林错流域自1973年起气温的持续上升所引起的主要补给河流扎加藏布源区唐古拉山与巴汝藏布和申扎藏布源区申扎杰岗山的现代冰川的融水释放水量增大使色林错水位上升,因色林错与班戈错之间有一定的水力联系而引起班戈错水位上升。     

湖芯沉积物揭示的末次冰消开始时期 普莫雍错湖区环境变化*

文章讨论了末次冰消开始时期青藏高原南部普莫雍错湖芯沉积反映的环境暖湿化以及原因。通过对现代湖泊和周边河流水文状况调查,发现流域内发育众多冰川,冰川融水构成维持湖面稳定的重要来源;湖面以及湖泊沉积环境的变化与冰川融水以及相应的温度改变具有密切的联系。利用湖泊沉积岩芯PM-1孔,通过加速器¹⁴ C测年和粒度、元素、碳酸盐含量、总有机碳以及有机碳同位素、总氮、分子标志化合物、孢粉等环境指标的分析,发现在16.4~15.4cal.kaB.P.有大量流水进入湖泊,使湖面扩大,湖水加深;流域地表产生大量有机碎屑,并被流水带入湖泊进行沉积;流域内的喜湿植被得以发展。该时段湖泊扩张、陆源植被发展的原因一方面得益于冰期过后气候向温暖湿润方向转化,另一方面温度上升带来大量冰川融水则可能具有更加重要的影响,对于深入理解当前青藏高原冰川普遍退缩和一些湖泊的水面上涨具有重要的参考价值。     

青藏高原西南部塔若错湖泊沉积物记录的近300年来气候环境变化

以青藏高原西南部塔若错的34cm浅湖芯为研究对象,对其沉积物样品进行总有机碳、无机碳、总氮、微量元素、正构烷烃含量及碳氮比等多项指标的分析测定。采用过剩210Pb和137Cs计年法对该湖芯进行了定年和沉积速率研究,获得了近300年的连续湖泊沉积环境序列。在明确了各指标气候环境指示意义的前提下,综合对比分析湖芯中各项气候环境指标,并结合定年结果重建了塔若错湖区近300年来的气候环境变化。结果表明：塔若错湖区气候环境变化可分为3个明显阶段：早期为1705～1778年,该地区气候环境温暖湿润,湖区植被广泛发育;中期为1778～1860年,湖区处于小冰期末次阶段,气候环境寒冷而湿润,植被发育受阻;后期为1860年至今,为小冰期结束后偏暖干化时期。其中,后期又可分为3个亚阶段：1860～1924年,湖区气候环境稍暖且干旱,植被稍有发育;1924～1969年,湖区气候环境呈现偏冷干特点,植被发育暂缓;1969年至今,湖区气候回暖,环境干旱化有所缓解,植被开始逐渐发育。在气候冷暖变化上,该湖芯记录与古里雅冰芯记录和青海湖湖泊沉积记录都有较好的可对比性,只是在起讫年代上存在一些差异。     

昔日全球环境变化的自然磁记录

沉积物的岩石磁参量反映了它在海洋及大陆范围内沉积时的古环境及古气候条件。尽管对这种现象的认识还不彻底,但人们对于那些导致磁性增加或减弱的作用已有了很好的了解。这些作用包括可变的陆源物质沉积通量,铁磁性矿物在原地的有机及无机形成,以及这些矿物成岩过程中的分解。至少在过去的７００万年间,在大量的沉积记录中观察到了磁性矿物集合体的周期性出现,这些周期性出现涉及到了标准的米兰柯维奇理论的轨道频率,证实了岩     

青藏高原中部兹格塘错1970年来的湖面变化及原因初探

通过对位于青藏高原中部受人类活动影响微弱的兹格塘错1970-2006年湖面变化的分析,探讨了湖泊对气候变化的响应.从1970年的地形图,1977年MSS影像,1992年TM影像和2001年ETM+影像中提取的湖泊面积显示,湖泊有逐渐增大的趋势.1999年8月和2006年9月水深2 m处湖水中稳定离子K+和Cl-的浓度对比表明,湖水体积在这期间是增大的.近年来湖面持续上涨也得到了1998年8月,2002年8月和2006年9月野外实地考察的证实.通过分析兹格塘错附近那曲、班戈、安多气象站的记录发现,该区温度自1965年来呈明显上升趋势,表现在夏季(5-10月)和冬季(11月到次年4月)温度均有明显增高,冬季温度增幅更大.该区1965年来降水量也有增加的趋势,表现在夏季和冬季降水均有增加,但是夏季降水量增加幅度更明显.结合青藏高原1970年来最大蒸散和干燥度的变化,夏季和冬季降水量增加而蒸发量下降是导致兹格塘错湖面增大、湖水水位增高的主要原因.     

北极巴罗Elson湖过去450年气候与环境变化记录

北极阿拉斯加巴罗地区Elson湖长60cmAB-67钻孔岩芯提供了过去450年连续的高分辨环境变化记录。综合分析210Pb测年、沉积物粒度、有机质、化学元素和微体古生物化石等资料,一致反映出巴罗地区过去450年的气候、环境变化过程存在如下3个阶段：1）大约1540～1740年,为低海面寒冷时期;2）1740～1827年,为气候转暖-海侵过渡时期;3）1827年至今,为继续海侵-气候波动变暖时期。其中1800年前后和1940年前后,气温较高。1921～1993年巴罗的气温记录说明,北极地区气温不仅有明显的10a和60a周期变化,而且年平均温度变幅极大,达4.5℃。显示极地气候变化特别强烈并不反映大幅度升温。近20年来的变暖趋势是1827年以来自然的气候波动变暖的继续。     

藏南康马地区三叠系研究新进展

根据康马地区三叠系吕村组和涅如组新发现的化石及区域地质背景 ,把该区的地层时代分别厘定为中三叠世中晚期至晚三叠世早期和晚三叠世中晚期 ,并认为缺失早三叠世至中三叠世早期的沉积。研究表明康马地区三叠系与二叠系之间为微角度不整合接触 ,是“藏南运动”和“印支伸展运动”共同影响形成的。晚二叠世末至中三叠世早期 ,康马地区露出海面 ,接受剥蚀并形成喀斯特化风化壳。中三叠世末至晚三叠世 ,这一地区发生强烈伸展—裂陷 ,地壳迅速沉降 ,形成被动大陆边缘裂谷盆地 ,发育巨厚的半深海—深海复理石沉积 ,并伴随大量基性岩浆贯入。涅如组下部有两期基性岩侵入 ,早期基性岩床形成于印支晚期 ,晚期穿层侵入形成于燕山早期。     

河北宁晋泊地区2600年来古气候变化研究

今年宁晋泊南王庄剖面的孢粉,粘土矿物,粒度等数据和Ｐｏｒｔｅｒ等的粒度年龄模型建立时间标尺,划分出２６００年来的气候冷暖变化阶段。基本特征如下：孢粉Ⅰ带,大约２００ａＢＰ－６３０ａＢＰ,气候冷干;Ⅱ带,大约６３０ａＢＰ－１０１０ａＢＰ,气候温暖,上部偏干,下部潮湿;Ⅲ带,大约１０１０ａＢＰ－１１６５ａＢＰ,气候稍冷较湿;Ⅳ大约１１６５ａＢＰ－１３５０ａＢＰ,气候温暖潮湿;Ⅴ带,大约１３５０ａＢＰ－     

西藏纳木错深水湖芯反映的8.4ka以来气候环境变化*

利用地震剖面仪和回声测深仪调查了纳木错大部分湖区的水深和沉积物厚度分布,并在湖区东部水深60m的湖盆利用PISTON采样器获得一个332cm长的钻孔。对该钻孔进行了12个 AMS ¹⁴ C年代测定,并进行了日历年龄校正和"碳库"效应估算,根据沉积物平均粒径建立了整个钻孔的深度-年代模式。对该钻孔进行了有机碳、总氮、正构烷烃、粒度、元素地球化学、碳酸钙和矿物等环境指标的分析,结果显示8.4ka以来湖区环境变化可以分为明显的3个阶段。早期约8400 ~6400aB.P. ,以温度缓慢下降为主,但在8100 ~7800aB.P.出现一次显著的冷干事件; 中期为6400 ~2900aB.P. ,其开始显示了温暖湿润的环境特点,在6000aB.P.左右出现最强的暖湿特征后其后期转向冷干,在3000 ~2900aB.P.达到寒冷和干旱的低谷,反映了新冰期时期的温度强烈下降和降水的分配不均; 晚期从2900aB.P. 到现在,尽管温度出现回升,但总体上显示了向冷干波动变化的趋势,期间第一次降温在 1800 ~1600aB.P. ,之后温度回升后在600 ~300aB.P.再次下降,前者反映了公元初期的降温,后者则是小冰期的反映。     

西藏纳木错沉积物单水方解石出现前后的环境变化

2005年在西藏纳木错水下60m处钻取一支332cm的湖芯,沉积物皆为灰黑-黑色碳酸盐粘土。对湖芯1cm间隔取样并进行X射线、扫描电镜、Sr/Ca和碳酸盐含量的分析。研究发现,纳木错湖底0～258cm沉积物中出现了单水方解石,扫描电镜下该矿物晶形完好,这是个亚稳定矿物,具有重要环境意义。利用碳酸盐含量（24.12%～54.52%）、Sr/Ca比值（3mol%8.6,mol Mg/Ca>6.5,Ca2+和SO2-4离子浓度足以沉淀少量石膏,演化至现代,表层湖水性质为pH=9.4,mol Mg/Ca=10.03～15.03,SO2-4浓度较高,Ca2+含量低,不足以沉淀石膏。单水方解石出现之前的3.0～2.1cal.kaB.P.时期,沉积速率低（0.134mm/a）,蒸发作用强度不稳定,湖水温度低,矿化度呈上升趋势。该矿物出现后的2.1～1.7cal.kaB.P.时期,沉积速率快（1.639mm/a）,矿化度稳定,气温低,1.8cal.kaB.P.温度达到最低值,为气候冷事件的表现。较快的沉积速率（>1.168mm/a）是纳木错单水方解石形成的重要原因之一,碳酸盐沉积加快和入湖碎屑物质增加是沉积速率加快的主要原因。     

日本大沼湖沉积物碳氮比值、有机碳同位素特征及其近400年的古气候环境意义

通过对日本大沼湖沉积物样品总有机碳含量(TOC)及其稳定同位素、总氮含量(TN)和C/N 值的测定, 结合沉积岩芯火山灰和 14C 年代, 分析了大沼湖沉积物中有机质的来源, 探讨了沉积物有机碳同位素的主要影响因素。结果表明: 大沼湖沉积物中有机质主要来源于自生藻类, 受陆源输入的影响较小; 沉积物δ13C 值指示了夏季温度的变化。过去400年来, 大沼湖地区存在1660~1730年和1780~1860年两个明显的冷期, 与邻近地区冰芯、树轮和湖泊沉积物记录的冷期基本一致, 分别对应于Maunder和Dalton太阳黑子极小期。