黄土中磁性矿物的穆斯堡尔效应及其磁化率机理解析

1984年Heller和刘东生教授首次把磁化率这一物理参数引入中国黄土研究,用来描述古土壤-黄土地层序列,同时发现古土壤-黄土磁化率曲线与深海氧同位素变化曲线间具有良好的可比性。自此以后,磁化率曲线在黄土第四纪地质研究中得以广泛地应用。前人对磁化率成因机理的研究主要集中在岩石磁学方面的工作:磁物相测试与磁粒度测试。本文主要运用穆斯堡尔谱学方法研究黄土-古土壤的细粒级的磁性矿物,做部分矿物学方面的工作,这有助于我们理解古土壤-黄土地层序列中磁性矿物的来源、黄土磁化率变化机理。     

青藏高原东北部黄土堆积的岩石磁学性质及其古气候意义

对青藏高原东北部青海拉拉口、盘子山和东川等地的黄土-古土壤样品进行的磁化率、频率磁化率、c-T曲线、饱和等温剩磁和磁滞回线等测试分析结果表明, 晚第四纪青藏高原东北部风尘堆积黄土和古土壤中的磁性矿物都以磁铁矿为主, 还有磁赤铁矿和赤铁矿. 古土壤中的磁赤铁矿含量高于黄土, 说明在成壤过程中除了形成赤铁矿外, 还新生成了磁赤铁矿, 这些土壤成因的磁赤铁矿使古土壤磁化率明显增强. 这与六盘山以东黄土高原的黄土-古土壤具有相似的特征. 另一方面, 青藏高原东北部的黄土层和古土壤层中的亚铁磁性矿物的平均粒度都是准单畴, 但黄土层中亚铁磁性矿物的平均粒度较粗, 明显偏向多畴区域. 研究区黄土-古土壤序列的磁化率高低与超顺磁颗粒的含量和土壤发育强度基本呈正相关. 气候作用是主导高原黄土-古土壤磁化率增强的主要因素, 即温湿气候增强土壤化作用, 从而导致磁化率增强.     

西伯利亚南部黄土沉积物的磁学性质

对西伯利亚南部Ｋｕｒｔａｋ剖在末次间冰期以来黄土－古土壤进行了较为详细的岩石磁学研究。实验结果表明该剖面磁化率变化特征与阿拉斯加风成沉积物相同，与中国黄土完全相反，Ｋｕｒｔａｋ剖面黄土和古土壤的频率磁化率值基本一致，这表明其成土作用较弱，磁化率随温度的变化特征以及等温剩磁测定结果揭示出黄土和古土壤的磁性的都是以磁铁矿为主，只含有极少的磁赤铁矿和赤铁矿，磁化率各向异性研究表明，Ｋｕｒｔａｋ地区黄土沉     

最近130ka黄土高原夏季风变迁的Rb和Sr地球化学证据

我国的黄土-古土壤序列完整地记录了最近2.5Ma东亚古气候的变化,其中的磁化率被证明是指示夏季风环流强弱的一个较好的代用指标.近年来,有关黄土和古土壤中磁化率成因已有多种模式提出,研究工作仍在深入.为此,从地球化学角度出发,在黄土-古土壤剖面中找出分辨率高、指示性强、成因清楚的气候代用指标,对于揭示磁化率的成因和指示古气候的变化均有重要意义.笔者在分析了大量元素之后,选择了Rb和Sr进行深入探讨,取得了较为满意的结果.由于Rb和Sr表生地球化学行为主要受风化成壤作用强度,尤其是土壤湿度控制,因此黄土-古土壤中Rb/Sr比有可能成为揭示黄土高原夏季风变迁历史的又一替代性指标.1 样品的采集与分析样品采自洛川黑木沟剖面,该剖面位于陕西省洛川县城南约5km(35°45′N,109°25′E).采样层位包括全新世黑垆土(S_0)、马兰黄土(L_1)、离石黄土顶部第1层古土壤(S_1)及其下伏黄土(L_2).采样从黑垆土底部开始,采样间距20cm.样品同时进行磁化率测试和Rb和Sr的含量分析.磁化率测量在中国科学院西安黄土与第四纪地质国家重点实验室完成,采用英国Bartington公司制造的MS2磁化率仪进行测试.Rb和Sr含量分析在南京大学现代分析中心进行,采用X射线荧光光谱方法(XRF),其分析误差为±1(×10~(-6)).     

末次间冰期黄土高原夏季风气候的初步研究

中国黄土-古土壤地层序列的古气候研究表明,黄土高原的黄土是冬季风的产物,与之相间的古土壤则发育于夏季风环境效应优势期.约130～70kaB.P.的末次间冰期,黄土高原以夏季风强盛为其基本气候特点,发育了一套由三层复合的、成壤作用较强的古土壤S1.为了半定量地恢复这一时期黄土高原夏季风气候,我们布置了几乎覆盖整个黄土高原的三条大剖面线(图1(a)),沿线尽可能等间距选择典型地层剖面,对末次间冰期以来黄土-古土壤序列进行了实测,对各剖面的夏季风替代性指标-磁化率作了较为系统的测量.通过对104个地     

塞尔维亚黄土的磁学性质及其环境意义

多瑙河流域的塞尔维亚发育着典型的风积黄土-古土壤地层,形成年代至少早于80万年.对塞尔维亚L1～S4黄土古土壤序列进行了系统的磁学参数测量分析,表明塞尔维亚黄土古土壤磁化率性质总体上与中国黄土高原是一致的,即磁化率的变化与成壤强度基本上呈正相关关系.无论是黄土层还是古土壤层,对磁化率起主要贡献的是细粒的超顺磁(SP)颗粒和单畴(SD)颗粒,多畴(MD)颗粒所占比例较小.磁化率在黄土层和古土壤层出现的差异,与成壤作用密切相关.随着成壤作用的增强(从黄土发育至古土壤),细粒的亚铁磁性矿物含量随之增加,样品中强磁性的磁性矿物逐渐增多,磁化率增强.高温热磁曲线研究表明,黄土层样品中对磁化率起主要贡献的是磁铁矿和磁赤铁矿,古土壤层样品则主要为磁铁矿,磁赤铁矿只占有较小的比例,特别是S3和S4古土壤样品,甚至在加热和退热过程中表现出有可逆变化的趋势,表明该剖面S3和S4古土壤层发育期间的成土条件,已经使得磁赤铁矿不再稳定,发生溶解改变,可能暗示了当时更加湿润的成土环境已经超过磁赤铁矿的稳定临界条件.     

大荔人化石地层的年龄

对大荔人化石埋藏地点的地貌、沉积地层剖面层序的调查和气候年代学研究表明，大荔人所在地层剖面是由上部的黄土－古土壤序列和下部的河流相砂砾层组成，而在上部黄土－古土壤序列中发育有相当于黄土高原的黄土L1，古土壤S1，黄土L2和古土壤S2的地层；含大荔人化石的地层位于古土壤S2之下13m处的河流相地层中。根据黄土－古土壤的红外释光（IRSL）测年、大荔人化石层的贝壳化石电子自旋共振（ESR）测年和哺乳动物牙齿化石的铀系测年等多种技术测年的综合结果，认为大荔人化石所在地层的年龄应大于距今约260ka和小于距今约350ka，比较合理的估计应为距今260-300ka。     

甘肃龙担早第四纪黄土-古土壤序列磁组构特征与古风场恢复

磁组构作为恢复古季风风向的一种手段, 近来被广泛地应用到中国黄土沉积中. 通过测量青藏高原东北缘临夏盆地龙担剖面早第四纪黄土-古土壤序列磁组构的各项参数, 初步得出龙担剖面磁组构特征为正常沉积, 磁化率各向异性主要由磁面理控制, 磁化率椭球体表现为压扁状. 龙担剖面早第四纪磁化率各向异性长轴方向的偏角较好地指示了古冬季风的方向, 为NW—SE向.     

黄土高原黄土地层古人类遗迹年代研究新进展

自1920年以来,在中国黄土高原及邻近地区的黄土及河湖相地层分布区发现了大量的古人类活动遗迹地点,其中包括著名的泥河湾、水洞沟、萨拉乌苏、丁村、大荔、匼河-西侯度、庄浪、庆阳、三门峡、东秦岭地区以及蓝田地区等.在陕西蓝田的最新研究进展是运用第四纪地质学与古人类学和旧石器考古学交叉学科的综合研究方法,以黄土-古土壤序列和高分辨率磁性地层年代框架为依据,发现了公王岭遗址黄土地层的强烈侵蚀和多组地层缺失,确定了直立人头盖骨与伴生的古动物化石所埋藏的地层不是前人原确定的粉砂质黄土L15中部(年代为1.15 Ma),而是位于一个大侵蚀面之下的S22～S23古土壤混合层(年代为1.63 Ma).同时,在蓝田上陈一带发现了新的出露良好的连续黄土-古土壤剖面(L5～L28),并在早更新世S15～L28层段的17层黄土或古土壤层位中发现了原地埋藏的数量不等的旧石器,其年代为1.26～2.12 Ma.研究结果使蓝田地区成为迄今所知非洲以外最古老的人类活动地区之一,这不仅在人类起源和演化方面提出了新的科学思考,并拓展了"黄土石器工业"和"黄土地质考古带"的研究方向,提出了中国黄土高原高分辨率黄土-古土壤序列与多时期古人类活动序列关联研究的新设想.     

黄土-古土壤序列中趋磁细菌分布和磁小体形成的古环境研究

选择甘肃西峰和陕西段家坡两个黄土剖面，采取磁化率变化显著的L₆-S₅-L₅层段，在8~18℃室温、25,26和30℃左右等多种条件下富集培养趋磁细菌(MB),通过透射电子显微镜(TEM)观察各样品中MB,的多少、大小、形态，以及其中磁小体(MS)的特征．总的来说,MB广泛存在于黄土－古土壤序列之中，古土壤中MB及其细胞内的MS相对较多，菌体形态亦较多，有杆状菌、弧形菌等；其中的MS基本呈链状沿细胞长轴排列．其次，黄土剖面中趋磁细菌的分布与古气候环境存在一定的关系．从黄土剖面中MB和MS的分布可推测：在整个黄土－古土壤序列形成时期，黄土高原地区古气候一直处于频繁波动状态，由西北而东南，气候呈逐渐变暖趋势，波动也更趋频繁     

武功黄土沉积中埋藏古土壤的微形态及其发生学

埋藏古土壤剖面位于陕西省武功县境内渭河河谷超河漫滩三级阶地。本地区深厚的黄土沉积中见有数层到十几层的埋藏古土壤。文中主要讨论黄土沉积中最上部的埋藏古土壤,或称之浅层埋藏古土壤,埋藏深度距地表不到1米,其时代可能为第四纪晚更新世。     

全新世沙漠-黄土边界带空间格局的重建

沙漠－黄土边界带生态环境脆弱，对气候变化响应敏感，在时间和空间上具有高度的不稳定性，是研究全球变化的理想区域，在总结已有工作的基础上指出：全新沙漠－黄土边界带地层具有风成砂－古土壤－黄土沉积序列。其中在东北地区普遍发育3－4层古土壤，浑善达克和毛钨素沙漠南缘普遍发育4－5层古土壤，青海湖及共和盆地古土壤也在4层以上，表明全新世沙漠经历过多次活化扩大和固定缩小过程，受此影响沙漠－黄土边界带发生多次移动；而且与全球气候变化以及海平面的变化具有同步性，反映全球变化导致的东亚冬、夏季风变化是沙漠－黄土边界带时空变迁的主要驱动因子，全新世后期人类活动对沙漠－黄土边界带的环境变化产生了强烈影响。     

黄土高原东南缘黄土-古土壤序列的环境磁学结果及其古气候意义

对黄土高原东南缘三门峡地区曹村黄土剖面L1~L13(时间跨度约1 Ma)的环境磁学研究表明: (1) 质量磁化率(χ)、饱和等温剩磁(SIRM)和非磁滞剩磁(ARM)等及其组合磁参数均呈明显的线性相关关系. 由于超顺磁(SP)磁性颗粒对磁化率贡献最大而对剩磁(包括ARM和IRM)没有贡献, 因而这种线性关系意味着古土壤中由成土作用形成的磁性颗粒仍主要以相对偏细的单畴颗粒(SSD)为主, 而前人所认为的SP颗粒对磁化率的贡献可能被高估了; (2) 曹村剖面的磁粒度参数χARM/χ与黄土高原腹地典型黄土剖面的中值粒径曲线表现出很好的相似性, 在某种程度上反映了χARM/χ可以表征黄土-古土壤序列磁性颗粒的粒径相对变化; (3) 磁组分参数S-ratio和HIRM测试结果表明, 在由成土作用形成的低矫顽力强磁性矿物含量显著增加的同时, 高矫顽力的弱磁性赤铁矿/针铁矿的绝对含量也相应增加.     

黄土高原现代植被花粉稳定同位素基本特征

中国黄土地层的稳定同位素特征与黄土高原气候环境特征的关系前人已做过一些工作,并取得了一些很好的成果.耿安松等指出黄土地层中碳酸盐的δ~(13)值越低显示生物活动越强气候越温湿,反之气候越冷干生物活动越弱则碳酸盐的δ~(13)C值越高,可以用做古气候代用指标.魏明建等做出了较详细的碳酸盐碳、氧同位素序列,其中δ~(13)C序列可与深海沉积同位素气候曲线对比,与磁化率、全氧化铁气候曲线的波动一致,表明是一种较好的气候指标.同时指出:由于其易迁移所以时间分辨率较低,且记录的气候变化超前于其他指标.谭桂声等研究了钙质结核碳、氧同位素组成,认为δ~(13)C主要指示古土壤发育时的环境降水量,δ~(18)O指示土壤发育时的环境温度,δ~(13)C-δ~(18)O直线指示控制古土壤形成环境的古夏季风风场.     

陕西洛川黄土中Mn~(2 )的电子顺磁共振特征与古季风变迁

我国的黄土-古土壤序列蕴藏着丰富的古气候变化信息。近几年的研究揭示出其中磁化率变化是较好的指示东亚夏季风演化的标志,可与深海沉积物氧同位素组成变化进行对比,为重建东亚古气候空间格局提供了重要的线索和数据。然而,由于人们对磁化率的成因和气候意义的理解仍在深化,因此,从黄土和古土壤序列中继续寻找比较确切的和更为敏感的古气候代用指标仍是当前黄土与古环境研究中的一项基本任务。电子顺磁共振(EPR)方法对于揭示天然体系中过渡族金属阳离子如Fe~(3 ),Mn~(2 ),V~(4 )等的分布特征具有独特的功效,并被成功地用于研究成壤和化学风化过程。本文通过分析陕西洛川黄土和古土壤中Mn~(2 )的电子顺磁共振谱发现,黄土中Mn~(2 )的EPR信号可能是一种对东亚夏季风变化响应比较敏感的气候代用指标。     

秦岭凤州黄土磁学特征及其古气候意义

凤州黄土剖面代表代了秦岭黄土特征。该剖面由３３层黄土和３３层古土壤组成,厚约８２ｍ,下伏第三纪红粘土。该剖面包括了布容正极性带和松山负极性带,二者的界面位于Ｌ８中部。松山负极性时黄土记录了加拉米洛,奥尔都维和留尼旺亚时,松,负极性带与高斯正极性带的界面位于黄土与第三纪红粘土分界处。     

西安附近黄土中红褐色古土壤发育时的植被与气候

我国黄土中发育有很明显的红褐色古土壤,尤以黄土高原东南部为最发育,多者可达40余层。根据古土壤特性等的研究,前人一般认为属褐土型古土壤,形成时的植被为森林草原型。笔者近年来对西安附近黄土中的红褐色古土壤进行了孢粉分析,发现了枫杨(Pterocarya)、栗(Castanea)、杜鹃科(Ericaceae)、黄杞(Engelhard)等的花粉,它们能够指示当时的植被类     

陕西洛川黄土中Mn2+的电子顺磁共振特征与古季风变迁

<正>我国的黄土-古土壤序列蕴藏着丰富的古气候变化信息。近几年的研究揭示出其中磁化率变化是较好的指示东亚夏季风演化的标志,可与深海沉积物氧同位素组成变化进行对比,为重建东亚古气候空间格局提供了重要的线索和数据。然而,由于人们对磁化率的成因和气候意义的理解仍在深化,因此,从黄土和古土壤序列中继续寻找比较确切的和更为敏感的古气候代用指标仍是当前黄土与古环境研究中的一项基本任务。电子顺磁共振(EPR)方法对于揭示天然体系中过渡族金属阳离子如Fe³⁺,Mn²⁺,V⁴⁺等的分布特征具有独特的功效,并被成功地用于研究成壤和化学风化过程。本文通过分析陕西洛川黄土和古土壤中Mn²⁺的电子顺磁共振谱发现,黄土中Mn²⁺的EPR信号可能是一种对东亚夏季风变化响应比较敏感的气候代用指标。     

大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ13CSC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ13CSC值与磁化率的变化基本同步,δ13CSC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO2的介入会导致δ13CSC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C4植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低δ13CSC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L2的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40～30 kaBP的青藏高原"高温大降水事件"的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

新疆黄土研究中的新发现

新疆的黄土,中外学者曾经做过不同程度的研究。但是至今,几乎所有研究成果都未能涉及黄土的分层问题。近年来,新疆地质局第一水文地质工程地质大队对天山北麓和伊犁谷地黄土进行了研究,他们根据黄土的地质特征,所处的地貌部位和河流阶地的分析对比,古土壤的层次和颜色,所含化石和古人类遗址,同时进行了区域性层位对比,在此基础上明确将天山北麓的黄土划分为现代黄土、晚更新世黄土、中更新世黄土和早更新世黄土四层,并且将后三层黄土分别命名为“沙湾黄土”、“石场黄土”