古土壤:沉积环境和古气候变化的灵敏指针

古土壤是古代沉积环境和气候变化的灵敏记录者,可以为深刻认识地球演化历史中的重要地质事件提供有效信息,并成为当前沉积学领域的研究热点之一。国外古土壤研究已经涉及到太古代以来的几乎所有沉积地层,而国内古土壤的研究仍以第四纪地层为主,对前第四纪漫长地质时期地层记录中的古土壤研究较少。基于古土壤的识别特征及其埋藏后发生的可能变化,分析了古土壤在沉积环境解释和地层划分对比中的作用。其中,古土壤钙积层发育深度、元素地球化学、成土碳酸盐岩稳定同位素等对于合理评价成土作用过程、划分成土相及定量恢复古气候（年均降水量、年均气温和pCO₂）等方面的研究发展迅速,不同估算古气候参数的经验公式都有明显的适用性特点。近年来,国内学者对松辽、四川、胶莱盆地等的白垩系古土壤进行了很多调查研究,并取得了较好的研究成果。而包括江西、广东、浙江等在内的中国东南地区白垩系陆相红层研究结果显示,这些地层含有丰富的古土壤,总体为地表干旱氧化条件下形成的红色古土壤序列。通过对国际古土壤研究动态的综述,以期引起国内更多沉积学工作者关注前第四纪地层记录中的古土壤,为更好地认识古代地球环境变化做出更大贡献。     

彬县水帘洞煤矿工业场地西侧黄土高边坡特征及成因分析

水帘洞煤矿工业场地西侧黄土高边坡为老滑坡的后壁,在边坡的脚下有老滑坡体残留物。地表水沿黄土垂直节理、裂隙下渗,逐渐在边坡的顶部形成落水洞;边坡还受黄土层理、倾角（5～10）和古土壤层位置的控制,地表水下渗至古土壤层,古土壤层是良好的隔水层,加上黄土层理倾向沟谷,在古土壤层面位置（半山腰）易形成与边坡顶部落水洞贯通的落水洞出口。受长期降水或短期强降水的影响,导致边坡失稳。     

昔日全球环境变化的自然磁记录

沉积物的岩石磁学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强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,证实了岩石磁学同过去全球变化间的关系.但是,磁信号的定量解译仍然处在幼年期,并且受到了信号形成过程中复杂的相互作用的干扰.     

黄土高原古气候变化定量重建的新进展

中国黄土- 红黏土沉积是可与深海沉积媲美的陆相沉积载体,记录了晚新生代东亚大陆气候环境变化历史。基于中国黄土的多种理化指标,重建了黄土高原地区构造- 千年尺度东亚季风变化历史,为探讨区域与全球气候的联系提供了关键证据。近年来,黄土高原古气候变化研究逐步从定性描述拓展到定量重建,本文旨在回顾基于中国黄土定量重建古温度和古降雨变化取得的重要进展。首先,梳理了古气候要素定量重建的指标和方法,古温度重建指标包括植硅体、碳酸盐耦合同位素、微生物脂类代用指标等;古降水变化敏感指标包括磁化率、白云石/方解石含量、生物微钙体Sr/Ca比值、有机碳同位素以及10Be等。然后,汇总了典型黄土剖面定量重建的古气候变化序列,分别从构造、轨道及千年时间尺度上探讨了古温度和古降雨的变化特征。结果表明,基于生标重建的不同时间跨度的土壤古温度变化序列,在冰期—间冰期尺度上的波动特征基本一致,但在冰盛期—冰消期时段出现了增温超前现象,说明陆地植被对土壤温度变化有重要调制作用。然而,不同指标重建的降水变化幅度差异较大,主导周期也存在差异,说明定量重建降水变化仍有较大挑战。最后,简要总结了黄土高原古气候定量重建存在的问题,明确了区分温度和降水季节性变化的重要性,指出加强地质记录与模拟结果的对比同化,将有助深化对多尺度季风变化动力学的理解。     

现代尘暴和非尘暴天气大气花粉特征及其环境意义--以北京地区为例

通过2001²003年取得的尘暴和非尘暴天气大气花粉的对比研究,发现两类天气条件下大气花粉组合虽都以北京地区木本植物花粉为主,但尘暴天气样品中草本植物花粉数量有较多增加。根据尘暴活动和北京地区物候分析,推测这些草本植物花粉来自尘暴源区和路径区的表土沉积。基于上述认识,进一步对风成黄土古土壤层的花粉进行探讨,认为古土壤中草本植物花粉和木本植物花粉是同期沉积的,其木本植物花粉数量比较少可能是尘暴降尘导致草本植物花粉数增多所致。通过现代尘暴、非尘暴天气大气花粉特征的研究,对正确认识过去风成黄土和古土壤层中以草本植物花粉为主的孢粉组合特征提出了新的思路。     

江苏金坛和尚墩旧石器遗址地层的古地磁年代与磁化率研究

北方黄土研究中磁化率分析已越来越多运用到第四纪风尘堆积研究中。采用古地磁极性柱结合磁化率曲线比对定年的方法,初步确定江苏金坛和尚墩遗址750cm厚的地层年龄为330kaBP,对应磁化率曲线判断该区域分别经历了24kaBP左右、110kaBP左右、190—240kaBP左右、300kaBP左右的4个暖湿期,其中间隔有3个干冷时期,具有完整的3个气候旋回。对应地层发育的4个古土壤层、3个黄土层的风尘堆积—古土壤序列。研究表明,虽然古地磁极性定年的方法有一定的局限性,但在以磁化率信息为辅助的条件下,可在一定程度上消除这些局限,获得较为准确的地层年代,多种证据表明这种方法是可靠的。     

陆源碎屑岩中的古土壤在地层分析中的应用

对各种古土壤的分类标准进行比较之后,重点介绍了Mack的古土壤分类及其土壤的演变序列。Mack的古土壤分类主要依据稳定矿物和保存在土壤中的古地貌属性,将古土壤划分为9种。在地层序列中古土壤的识别标志主要包括颜色、粒度、生物成因构造（植物生长痕迹）、原生沉积构造退化特征、层次化和边界特征、宏观结构特征、矿物及地球化学特征等。可以通过野外观察、室内显微镜观察、实验室化验及地震、测井资料来进行鉴别。陆相盆地具有很强的分隔性,盆地相变又非常复杂,寻找区域性较稳定的层序界面比较困难。越来越多的研究证实用古土壤划分陆相成因地层层序、解决地区及全球对比具有重要的实用价值。     

古土壤的分类系统及其在地质学中的应用领域

古土壤是近年来沉积学研究领域的一个热点。古土壤就是形成于过去地貌上的土壤,是暴露在地表的沉积物或岩石经过物理的、生物的和化学的改造形成的,一般形成于很长的地貌稳定期,记录了地层间断或不整合,蕴含着丰富的有关古气候、古植被、古地貌、沉积环境状况的信息,并且是指示地层时代的"化石"。古土壤对恢复地质历史时期古植被与古环境、古气候提供了新的途径,是地层划分、对比的重要标志,并且可用以重建沉积盆地古地貌。古土壤的识别可以根据野外宏观标志、室内微观特征来进行,但是古土壤学家还没有解决古土壤的分类问题,我们对国际上流行的几种古土壤分类方案进行评述,认为古土壤的分类应该根据不同的应用目的采用不同的分类方案,而且在一个分类系统的组名中可采用形容词的组合作为修饰语。     

黄河源玛曲段全新世风成黄土-古土壤序列风化成壤特征以及古气候演变

通过对青藏高原东北部黄河源开展广泛细致的野外考察,选择位于玛曲段黄河左岸第二级河流阶地（T2）之上,赋存典型风成黄土-古土壤序列的达尔琼东（DEQ-E）剖面进行系统采样。在室内对采集样品进行了磁化率、烧失量、吸湿水、粒度、土壤微形态、地球化学元素和光释光（OSL）测年等综合分析,结论表明：(1)黄河源玛曲段DEQ-E剖面地层序列由上至下依次为现代草甸土层（MS）-全新世中期古土壤层（S0）-全新世早期过渡性黄土层（Lt）-阶地漫滩相沉积层（T2-al）;(2)黄河源玛曲段DEQ-E剖面风成黄土-古土壤序列风化成壤强度呈现出全新世中期古土壤层（S0）>全新世早期过渡性黄土层（Lt）>现代草甸土层（MS）的变化特征;(3)黄河源全新世的古气候演变可分为3个阶段：全新世早期（11000 a BP—9000 a BP）,西风势力减弱,东亚夏季风逐步增强,气温趋于变暖,降水有所增加;全新世中期（9000 a BP—3100 a BP）,东亚夏季风作用强盛,气候整体温暖湿润;全新世晚期（3100 a BP以来）,东亚夏季风衰退,西风势力有所增强,导致气候转向干冷。该研究成果有助于理解青...     

中国黄土中古土壤的发生学研究

应用形态学、微形态学、化学和矿物学研究了中国黄土中古土壤的发生学性状和成土过程。离石黄土(中更新世)中古土壤为发育程度(碳酸盐淋溶和粘化)不同的褐土型土壤。马兰黄土(晚更新世)中为生草过程强和粘化过程稍弱的灰褐土型土壤。全新世黄土中为碳酸盐淋溶和粘化过程均弱的弱度发育的碳酸盐灰褐土型土壤。午城黄土(早更新世)中可能是棕褐土。本文还探讨了黄土中古土壤在时间和空间上的演替和分类问题。