澳大利亚中部Alice Spring红色表土磁学特征分析

炎热干旱的澳大利亚中部是现代正在形成红色地表的区域。围绕中部Alice Spring地区采集了一系列红色地表样品。这些红色样品按照岩性大致可以分为三类: 砂土、沙丘砂和岩石。通过对这些样品详细的磁学测量, 发现这三类样品存在明显磁学特征差异, 红色砂土和沙丘砂样品磁化率较岩石样品高出许多(砂土和沙丘砂磁化率均值为93.82×10-8m3/kg), 红色岩石样品磁化率值最低(均值为23.2×10-8m3/kg); 三者主要磁性矿物也不尽相同; 磁颗粒均以超顺磁(SP)颗粒为主, 而单畴(SD)颗粒含量少。研究区百分比频率磁化率χfd % 均值为8.28 %, 较黄土高原西部表土(兰州为3.5 %)高出许多。该区现代年降水量约300mm, 比兰州(约330mm)还低, 成土导致百分比频率磁化率增高却比兰州明显高出几倍。这可能反映了黄土高原表土频率磁化率增高与降水量密切相关; 而在澳洲中部可能与持续高温成土条件和作用的时间存在更密切的关系。澳洲中部不论岩石还是表土均以红色为主。磁学实验表明, 砂土和沙丘砂样品均以磁铁矿为主, 三类样品普遍含一定量磁赤铁矿和赤铁矿的贡献, 与地表红色外貌相符。说明澳洲红色地表过程很可能是黑色磁铁矿颗粒表面被长期氧化条件下形成的红色磁赤铁矿/赤铁矿所包裹的现象, 使得澳洲中部广大地区岩石露头和地表沉积物, 普遍形成一层红色染色层。     

表土植硅体研究进展

植硅体作为微体古生物学新的分支门类,具有颗粒小、产量高、分布广、抗风化、分类意义明确和原生化学元素封闭(包裹)能力强等特点,逐渐成为地质学、考古学和植物分类学等学科研究的有效手段.分析现代表土植硅体组合、植硅体包裹体成分与植被类型、气候环境的关系,是进行古生态反演、古气候定量化重建以及地球化学循环研究的基础.近30年来,不同国家的学者对各国表土植硅体分布做了大量基础工作,重点在以下四方面.(1)形态学研究:现代表土中已鉴定出的植硅体形态约260类,其中禾本科植硅体约110类,蕨类、木本和其他被子植物植硅体约50类,其余约100类植硅体的亲缘植物仍在研究中.(2)表土植硅体与植被的关系:初步分析了全球典型地区森林、草原等不同植被类型下表土植硅体组合的特征,为利用植硅体分析恢复不同时、空尺度的古生态、古植被变化奠定了基础.(3)表土植硅体与气候的关系:利用数理统计分析方法,建立植硅体组合与年均温度、年均降水量和海拔等气候环境因子的定量-半定量关系,并进行古气候参数定量重建.(4)表土植硅体元素分析:在土壤植硅体封存碳(Phyt OC)潜力估算及其生物地球化学循环研究中取得重要进展.表土植硅体的研究在为解决地球科学、考古学等许多领域的具体问题提供了新的途径和越来越多成功的案例,本文对相关内容进行了重点介绍,并针对表土植硅体研究过程中存在的问题和研究的潜力进行了分析.     

土耳其Nallihan黄土-古土壤岩石磁学特征及其环境意义

黄土广泛分布在东欧和西亚地区, 但位于欧亚大陆连接地带的土耳其未见风积黄土的报道, 本文对位于土耳其首都安卡拉西北的Nallihan新发现的黄土-古土壤剖面进行系统的环境磁学研究, 结合粒度参数和稀土元素指标, 讨论土耳其黄土的成因和磁化率变化机制。研究结果显示: 土耳其Nallihan S0~L3黄土剖面与典型风积的西伯利亚和中国西峰黄土的粒度特征图形态相似, 暗示它们的成因相似性; 稀土分配模式与黄土高原黄土基本一致, 为上地壳平均值, 指示了风积黄土在搬运过程中经过充分混合, 整个剖面上下稀土模式分配高度吻合, 说明研究区黄土堆积期间物源区相对稳定。热磁和磁滞分析表明样品的主要载磁矿物是亚铁磁性矿物磁铁矿/磁赤铁矿。该剖面磁化率在古土壤获得高值, 在黄土层获得低值, 磁化率与成土作用和指示细颗粒磁性矿物贡献的χfd % 、χARM正相关, 说明成土作用生成的细颗粒亚铁磁性矿物是磁化率增强的主导因素, 土耳其黄土剖面磁化率总体上低于中国黄土高原地区黄土。该黄土剖面中有一层古土壤层S2, 其顶部覆盖一层砾石层, 说明在该间冰期发生过洪水作用, 将高坡风化的砾石层冲到土层中堆积下来, 在该砾石层之下的古土壤层, 磁化率降低, 可能与该时期土壤层湿度大, 形成湿润氧化环境, 导致部分强磁性的超顺畅/稳定单畴(SP/SSD)颗粒磁性矿物转化为弱磁性矿物, 使得磁化率降低。     

江西石城盆地白垩纪地层中成壤特征及古环境分析

白垩纪丹霞红层广泛分布于中国各地,长期被认为是在氧化条件下山间盆地河流湖泊环境中形成,其红色为后期次生氧化所致。本文以武夷山山脉中段西麓江西石城盆地一套白垩纪丹霞红层层序为研究对象,选取盆地中建上村（JSC）、工业园（GYY）和花园村（HYC）3个地点,分别进行详细野外特征观测、采样室内测量、微形态和地球化学分析。HYC红层剖面由粗大砾石和细小砂土混杂堆积,分选差,发育层理但并非完全连续,部分地层之下发育钙结核甚至钙板,属干旱区山间盆地边缘相季节河流沉积;而JSC和GYY两剖面均为质地较均匀的红色粉砂粘土,发育钙结核层或钙质淀积层,属干旱区远离洪积山口的盆地相对中心沉积或者长期高出水面台地的风成沉积序列。各剖面粘化层底部均发现淋溶淀积形成的钙积层（钙板层或钙结核层）;微形态样品显示有粘土充填的根孔,孔隙壁发育红色粘土和胶体,呈光性定向排列,存在成壤碳酸盐多次淋溶淀积成的多层CaCO3结构,均指示成土发生过程;粒度特征显示粘粒含量高（<2μm含量为10.94%）,粒径大小集中分布于2~63μm之间,占65.25%,整体特征与黄土古土壤沉积颗粒相似;石城红层样品存在不同程度元素富集和亏损特征,其中JSC剖面样品常量元素的CIA指数均值为72.95,指示该红层经历了比陕西洛川黄土和甘肃西峰红粘土更强的化学风化,而且地层的红色随地层层理/层次发生深浅变化,是原生颜色,指示沉积物是地表氧化环境,因此认为石城白垩纪红色粘土层与黄土高原第四纪古土壤或新近纪红粘土类似,是长期地表干热氧化环境下形成的红色古土壤。在此基础上,可以根据土壤钙结核发育状况与降水量之间关系、钙结核淀积深度与降水量之间关系、土壤碳酸盐层出现的深度与降水量之间关系和常量元素CIW与降水量之间关系来重建古降水量。     

风积地层中铁矿物随环境变化及其启示

铁在不同温度和湿度环境中形成不同铁的化合物,如铁的氧化物、氢氧化物、硫化物和碳酸盐等。这些不同种类含铁矿物可以通过磁学方法测量,根据它们含量与比例特征来分析过去地球环境变化。黄土是一种风积形成特殊成因的沉积岩,经过百余年不断争论,才有了“风成”的定论。本文总结概括世界各地的黄土古土壤形成环境与铁矿物特征,得到如下认识：红色古土壤只形成于干旱氧化环境中,但不是所有干旱条件都能够形成红色土;红色土壤中的磁赤铁矿和赤铁矿在湿润氧化和还原环境中不稳定,会渐渐转变成为氢氧化物（褐铁矿）,甚至硫化物（黄铁矿/磁黄铁矿）,导致红色褪去、黄色增加和磁化率降低。现代的河流、湖泊和海洋均为还原环境,沉积物也呈黄、灰、白、绿、黑等还原系列颜色与之对应。将今论古可以推理,过去红色地层极不可能形成于“水成”环境,只能形成于地表透水性良好的干燥氧化环境中。沉积岩除了“水成”和“风成”两个大类环境之外,至少还有一种过渡交互类型需要得到特别认识,如干旱区山间盆地洪积类型（戈壁滩洪积与河流河漫滩等环境）。这类沉积物毫无疑问是洪水搬运形成,因此留下层理等特征;但是洪水消失后,沉积物实际上长期处于地表干燥氧化成土环境,因此兼有水成和成土两种特征。丹霞红层具有水成层理,并同时具有原生红颜色的就是在这样环境中形成的。张掖彩色丘陵,并非湖相水成地层,而主要是风积古土壤地层序列,在长期持续炎热半干旱环境条件下甚至还发育了特殊的厚层石膏土。黄土与环境的深入研究必将对地质学和地理学产生深远的影响,比如黄土研究已经带来地学一些基本概念变化,如：古土壤层并不一定意味着沉积间断;层状沉积岩地层并不一定是“水成”等等。     

澳大利亚悉尼Long Reef Beach中新世古土壤岩石磁学特征及环境意义

本文对发育在澳大利亚悉尼附近的Long Reef Beach中新世古土壤剖面进行了系统的岩石磁学研究,测量了磁化率、饱和磁化强度、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁等常温磁学参数和磁滞回线,并对所有样品进行了热磁分析.实验结果表明:全新世软土层主要磁性矿物为MD颗粒磁铁矿,磁性矿物含量与黄土高原黄土层相当.中新世老成土层随地层深度增加主要磁性矿物由磁铁矿转变为磁赤铁矿,随着磁铁矿向磁赤铁矿的转化,开始出现赤铁矿;磁性矿物粒径分布较广,以PSD颗粒为主,其次为SD颗粒,同时含有少量MD颗粒;磁性矿物含量高于黄土高原强发育古土壤层.中新世红土矿层主要磁性矿物为赤铁矿,同时含有少量磁赤铁矿和针铁矿,属于铁的富集层,赤铁矿以SD颗粒为主,含少量PSD和MD颗粒.Long Reef Beach中新世古土壤形成时期,对应着一种全球性高温多雨气候,地表化学风化作用十分强烈.丰富的降水,导致中新世老成土层发生淋溶作用,磁铁矿在向下淋溶迁移过程中逐渐氧化为磁赤铁矿和赤铁矿,铁氧化物最终在红土矿层淀积,磁赤铁矿经高温压实作用再结晶转化为赤铁矿.磁性矿物转化过程可概括为磁铁矿—磁赤铁矿化的磁铁矿—磁赤铁矿—赤铁矿,其中部分磁赤铁矿具有热稳定性,在空气(氩气)环境中加热到700℃未发生转化.     

植硅体分析揭示成都平原先秦农业发展及其环境背景分析——以宝墩和三星村遗址为例

长期以来,由于受到考古样品保存和研究方法的限制,成都平原先秦农业结构变化、人类生业方式、农业发展与微环境的关系等研究尚不够完善。本文对成都平原的新津宝墩遗址和青白江三星村遗址约4500 cal.a B.P.以来的文化层沉积物进行了农作物植硅体分析,结果表明宝墩文化（4500~3700 a B.P.）以利用水稻（Oryza sativa）为主体（约84 %）,仅有少量粟（Setaria italica）、黍（Panicum miliaceum）出现（约16 %）;宝墩文化晚期（约4000~3700 a B.P.）水稻植硅体浓度到达峰值（303160粒/g）后有所下降,粟、黍基本消失;到三星堆文化早期（3700~3400 a B.P.）水稻浓度仍保持下降趋势,粟、黍仍未出现,揭示了以宝墩文化为代表的成都平原新石器文化是以水稻为主,兼有少量粟、黍的稻-旱兼作农业结构,这一结构至少持续至三星堆文化早期。宝墩遗址中水稻驯化程度自文化层底部开始,整体呈逐渐上升趋势,推测与成都平原农业活动不断加强,遗址区域水资源增加有一定关系。上述发现,不仅为理解成都平原新石器时代农业发展进程提供了新的参考资料,同时也为我国稻旱兼作农业的研究提供了新证据。

     

印度德干高原Panchgini地区黄土性质初探

黄土是陆地上分布较广、沉积连续的第四纪沉积物,在古气候和全球变化研究中发挥了重大的作用。本文对印度德干高原Panchgini地区黄土进行了地球化学和地球物理学研究,测试了常量元素、稀土元素(REE)、粒度以及系统的环境磁学等参数。实验结果表明:德干高原Panchgini地区黄土与典型风积黄土的粒度组成相似,表明它们具有相似的成因;此外,常量元素含量和稀土元素分配模式都与中国典型黄土相似,上述证据不仅明确了该地区黄土的存在,也表明它们拥有相似的物质来源模式和沉积过程;系统的环境磁学测量表明Panchgini地区黄土中主要的强磁性矿物为磁铁矿,弱磁性矿物为针铁矿和赤铁矿,同时存在一部分顺磁性物质,磁性矿物粒径整体较粗,粒级主要集中在假单畴(PSD)和多畴(MD)之间。