西安地区S4古土壤剖面中古水分指标与水环境研究

通过野外调查和实验分析,在西安蓝田安村黄土剖面S_4古土壤剖面中发现了具有指示当时土壤水分含量、地下水富集和水分循环的铁锰结核、针铁矿[α-FeO(OH)],在西安地区确定了风化淋滤黄土层和显著迁出了土壤黏化层的CaCO_3结核淀积层。针铁矿呈褐黄色薄膜分布于土体表面,含量可达3.3%。铁锰结核呈黑褐色球形,电镜下多呈结晶粒状,铁锰成分含量很高。针铁矿和铁锰结核富集层厚0.6m,形成于紧靠地下水的位置。通过研究提出了铁锰结核和风化淋滤黄土层及CaCO_3结核淀积层可作为恢复土壤古水分含量的重要指标。针铁矿、铁锰结核和风化淋滤黄土层的形成以及CaCO_3结核与红色铁质胶膜的迁移深度指示,在S_4古土壤发育时期,西安地区为亚热带气候,当时年平均气温为15~16℃,年平均降水量在900~1000mm之间。那时秦岭失去了亚热带与温带气候分界线的作用。在S_4古土壤发育时期,西安地区土壤重力水分布深度达到了3.3m,当时土壤水在经过蒸发与蒸腾消耗之后,3.3m深度范围内剩余的土壤平均含水量一般为25%左右,在针铁矿和与铁锰结核发育层位含水量接近饱和(50%左右)。当时土壤水分非常充足,水分循环正常,水分平衡为正,有较多水分补给地下水,适于茂盛森林植被发育。本文所确定的古含水量指标为国内外第四纪土壤含水量、水分存在形式与水循环研究提供了标准和方法。     

西安东郊S5土壤中AgSO4等矿物的发现与研究

根据西安东郊任家坡黄土剖面中第5层古土壤样品的电子显微镜观察和能谱分析,在该层古土壤中发现了极少见的能够指示典型干旱气候环境的AgSO4矿物和钼矿物等.次生银矿物一般呈现椭球形结晶粒状形态,具有孔洞和裂隙化学沉淀结晶的特点,钼矿物具有胶体物质的特点.次生银矿物有两种类型,一是AgSO4矿物,二是氧化银矿物.次生银、钼和钴矿物与新生粘土矿物及Fe2O3和Al2O3的明显迁移指示该层土壤发育时经历了较为强烈的化学风化和矿物分解作用,银、钼和钴能够从原生矿物中释放出来,当时西安地区降水量丰富,达到了酸性化学风化阶段.在西安地区S5下部分层古土壤发育末期,出现了由温暖湿润季风气候向非季风干旱气候的大变化.在比CaSO4还易于溶解的AgSO4形成时期,关中平原为非季风干旱气候,强烈的蒸发造成了土壤水溶液中SO42的富集和AgSO4的形成.当时东亚夏季风活动极弱,一般不能越过秦岭到关中平原地区,那时西安地区年降水量为300mm以下,比现今兰州地区的气候还要冷干.     

天山北麓黄土记录的30万年以来古气候演变

对天山北麓黄土分布特点与形成年代的研究,以及以此为载体应用各代用指标的古气候重建已经取得了不少进展。在前人工作的基础上,选取黄土—古土壤序列分明,底部S3古土壤发育的鹿角湾剖面为主要研究对象,结合天山北麓的其他多个典型黄土剖面,运用色度、粒度、常量地球化学元素含量和环境磁学参数等指标,探讨大约30万年以来的古气候演变。鹿角湾黄土实验结果显示,各古气候代用指标随剖面深度变化与黄土—古土壤更替大概一致,剖面上部（L2及其以上）与下部区别明显。粒度分布揭示黄土物源输入主要受控于两股不同风系,随黄土古土壤的更替两者的主次地位发生变化。环境磁学实验结果显示,剖面下部磁性弱,频率磁化率低,但古土壤层稳定单畴含量较高,反映湿润成壤环境下超顺磁亚铁磁性矿物溶解或转化为弱磁性矿物;剖面上部比剖面下部的磁性要强,磁性矿物粒度更粗;S0为磁性成壤增强模式,与其他黄土古土壤层不同。再结合其他典型剖面的记录,可以推断研究区30万年以来有干旱化的趋势,但S2发育阶段总体上可能比S3发育阶段略为湿润,这一阶段之后气候明显变干,S1发育阶段明显比S2与S3发育阶段干旱,干旱化趋势一直保持至全新世开始之前。     

1.5 Ma以来黄土高原风尘堆积的岩石磁学记录与中更新世气候转型

通过对黄土高原中部朝那剖面黄土-古土壤序列系统的岩石磁学分析,建立了1.5Ma以来黄土高原高分辨率岩石磁学指标演化序列。岩石磁学记录表明本区1.5Ma以来以0.93和0.62Ma为界经历了3个不同的气候演化阶段。在1.5～O.93和0.62～0Ma期间各种磁学参数大致呈同步变化趋势,能较好地与深海氧同位素（MIS）曲线相对应,而在0.93～0.62Ma期间（相当于L9底到L6顶,MIS24-MISl6）,尽管磁化率、饱和剩磁强度（Mr）、饱和磁化强度（Ms）与剩磁矫顽力（Bcr）、矫顽力（Bc）曲线的峰谷能与MIS的峰谷相对比,但该阶段的磁学参数变化幅度和形式明显不同于1.5～0.93和0.62Ma以来的两个演化阶段。磁化率、Mr和Ms在0.93Ma突然降低,此后变幅很小,反映夏季风较弱且相对稳定,一直维持到0.62Ma前后。在0.9Ma前后Bc、Bcr突然增大,可能反映了冬季风突然增强,然后宽幅波动下降。这种变化可能是黄土高原风尘堆积对中更新世气候转型事件的响应。黄土高原岩石磁学记录的中更新世气候转型事件发生于0.93Ma,结束于0.62Ma。造成这次气候转型事件的原因除了与全球冰量和太阳辐射变化有关之外,还可能与中更新世青藏高原急剧隆升而激发的亚洲内陆干旱化加剧,从而导致亚洲内陆沙漠的形成与扩张有关。     

黄土不同指标的古环境意义探讨

在确认“黄土也是古土壤”的前提下,对新近发现的位于黄土高原西北部沙漠黄土边界带的彭阳剖面进行了烧失量、色度、磁化率、粒度、CaCO3等环境变化代用指标的系统测试。通过建立土壤发育指数和红化指数,探讨了各指标与古土壤发育强度之间的关系。根据古土壤的发育强度,初步建立了800 ka BP生态脆弱区的高分辨率环境图谱。此图谱与公认的海洋氧同位素曲线、洛川剖面可以进行良好的对比,并揭示出更多的环境变化信息。     

风化成壤对原始粉尘粒度组成的改造证据

对现代粉尘、黄土、古土壤、红粘土全样和对应石英样的粒度分析结果表明,现代粉尘和对应石英样的粒度组成最为相似,而其它经历了风化成壤改造后的全样,粒度组成发生了不同程度的变化,其中以古土壤和红粘土样尤为显著。全样和石英样品的平均粒径比值变化,反映了原始粉尘经风化成壤改造而细化的程度,可能与夏季风强度关系密切。灵台剖面L₆以来的黄土—古土壤序列的磁化率、全样和石英样平均粒径及其比值变化对比表明,在冰期-间冰期旋回时间尺度上,全样和石英样平均粒径记录的冬季风变化特征类似,但在千年时间尺度上,平均粒径比值和石英样的平均粒径变化则揭示出东亚季风具有更高频次的变率特征。     

第四纪环境研究新理论

On the basis of extensive survey to the Quatemary paleosols, soils and weathering layers in the vast northern China and the Loess Plateau, we found some unusually special phenomena of chemical components such as unsuccessive illuvium, twin illuviums, unusually thick illuvium and multi-illuviums etc. According to the analysis on the content of CaCO3 and the data of penetrating experiment, a new theory of illuvial depth or removal depth of CaCO3 in weathering and leaching belt was constructed, which indicates that the time of CaCO3 removing to the illuvial depth is very short,and the effect of time factor on illuvial depth can be ignored. The theory can be taken as a credible foundation for studying many geological and geographical problems in weathering and leaching belt.When the illuvial depth of CaCO3 iS bigger than the thickness of developing belt of soil or paleosol, it can be determined that the paleosol has turned into weathering crust. When the illuvial depth of CaCO3 is bigger than the thickness of paleosol, paleosol is leaching moderately acid soil. When two, three layers or unusually thick CaCO3 illuviums exist in the same weathering section or at the bottom of the same paleosol, there were two or more periods forming paleosol and corresponding climatic stages at that time. On the basis of the equation of relationship between mean annual rainfall (y) and illuvial depth of CaCO3 (x) (y = 305.5x 168.5) determined in the paper, mean annual precipitation during the development of paleosol can be calculated.     

西峰地区晚第三纪红土稀土元素的初步研究

本文基于对甘肃西峰地区晚第三纪红土和第四纪风成黄土及古土壤稀土元素的分析,揭示出红土稀土元素丰度与黄土及古土壤相比变化范围较大,可能与碳酸盐的相对淋溶与沉积有关;红土∑ＬＲＥＥ／∑ＨＲＥＥ值明显低于黄土,批示着一定程度的风化作用;而稀土参数δＥｕ、δＣｅ等变化不大,红土、黄土和古土壤稀土模式具有很大的一致性,特别是将红土的稀土元素丰度用碳酸盐校正后,这个特点更加明显,反映了红土与第四纪黄土和古土致     

黄土高原古土壤形态特征的差异及成因探讨

灵台剖面第四纪晚期古土壤－这里指Ｓ８及其上古土壤;第四纪中早期古土壤－这里指离石黄土Ｓ９及其下古土壤和午城黄土中所有古土壤;第三纪古土壤－指么三纪红粘土,在形态特征上有明显区别。这种区别是由于古成土过程中水分运行方式的不同造成的。根据形态特征和古成土过程水作用方式的差异,把上述３个时代的古土壤依次淋溶型古土壤、滞圹地下水升降型古土壤。不同时代古土壤成土过程水作用方式的这种差异,是由降水量、尘降速率     

黄土形成过程的实质与环境

黄土地层的形成实质上是土壤化过程,不同特性的黄土层代表了不同的成壤作用。不同地区的黄土主要是草原、荒漠草原和森林划原地区发育的灰钙土、粟钙土、棕钙土、棕漠土和黑垆土。与红褐色古土壤相比,黄土是冷干气候条件下发育的灰黄色古土壤,黄土层能够作为冷干气候的指示。根据灰黄色古土壤与红色古土壤的交替,可将250万年来黄土区气候变化分为51个旋回亚旋回。