山西宁武公海湖泊岩芯的环境磁学特征及中世纪暖期湿润气候探讨

对山西宁武公海GH09B1孔2.8m长岩芯进行的磁化率、非磁滞剩磁、等温(饱和)剩磁、J-T 曲线、磁滞回线和XRD 等测试结果表明, GH09B1 孔岩芯磁性矿物以磁铁矿为主, 磁性矿物含量高的岩芯段, 磁性颗粒也较细, 形成于湖盆流域土壤发育较强、降水量较多的时期, 而磁性矿物含量低的时期则相反. 公海湖泊沉积物环境磁学参数变化主要受控于湖盆流域土壤发育程度, 进而指示亚洲夏季风强弱, 尤其是χ与S_-300 参数清晰地记录了近1200 年来宁武公海地区夏季风的变化历史, 发现中世纪暖期(910~1220 AD)显著湿润, 夏季风强盛, 这一结果得到同岩芯孢粉记录的支持. 3~6 年分辨率的环境磁学参数记录还显示, 中世纪暖期内部存在980~1050 AD 的次级干旱阶段. 公海沉积物磁学参数记录的近千年夏季风变化与历史文献记载、万象洞石笋氧同位素和气候模拟结果一致, 共同指示了中世纪暖期季风强盛的湿润气候环境且内部存在百年尺度的气候干湿波动. 环境磁学参数可作为高分辨率湖泊沉积记录的季风气候变化的有效参数.     

南海西部陆源沉积粒度组成的控制动力及其反映的东亚季风演化

通过对南海西部越南岸外MD05-2901孔的有孔虫氧同位素测定, 建立了450 ka以来高分辨率的年代地层. 结合沉积物的密度、孔隙率和陆源碎屑含量, 计算了陆源碎屑的堆积速率, 结果显示在间冰期时堆积速率的平均值为4.9~6.0 g/(cm²·ka), 高于冰期的1.9~5.0 g/(cm²·ka), 与发表过的南海南、北部冰期高于间冰期的特点明显不同. 对陆源沉积物的粒度分布进行主成分因子分析, 获得了两个主控因子F1和F2, 它们控制了陆源沉积近80%的粒度变化特征. 对F1敏感的1.26~2.66 μm%¹⁾和10.8~14.3 μm%呈现高频的波动, 和北半球低纬夏季太阳辐射量吻合很好, 显示23 ka的岁差周期和13 ka的半岁差周期. 对F2敏感的4.24~7.42 μm%和30.1~43.7 μm%, 则显示强烈的100 ka的偏心率周期. 本区的陆源沉积物来源于南海西南和北部2个地区, 在动力上则分别由夏季风和冬季风驱动的不同方向的洋流搬运. 研究认为, 晚第四纪以来东亚夏季风受控于低纬区的夏季日射量的变化, 而冬季风主要受高纬冰盖变化驱动, 呈冰期/间冰期旋回尺度的波动, 这反映了东亚季风演化的双重驱动机制.     

北京市区尘土与表土的磁学性质及其环境意义

对北京市区主要交通干道收集的尘土和表土样品进行详细的环境磁学测量, 包括磁化率、非磁滞剩磁、等温剩磁以及典型样品的磁化率随温度变化特征和磁滞参数等. 结果表明, 尘土和表土样品颗粒磁学特征存在明显差异, 主要表现在: 尘土样品中磁性矿物的含量和高矫顽力组分均高于同一采点的表土样品; 磁性颗粒粒度较表土样的偏粗. 尘土和表土样品中剩磁载体均为亚铁磁性矿物, 部分尘土样品中含有少量单质铁. 尘土样品反映了城市工业和交通产生的磁颗粒特征, 表土样品反映了自然和人为两个来源的磁颗粒特征. 磁参数空间分布特征受采点周围工业区、车流量及道路状况等多种环境因素的影响, 其中HIRM的分布可能指示了道路交通来源的磁颗粒特征. 2006年4月采集的北京市区沙尘暴样品的磁性特征与自然来源的黄土、古土壤和尘土样品存在差异, 可能是运移过程中混入了途经地区和/或北京市区近地表人为来源的颗粒物.     

伊犁黄土磁化率的增减及其成因

中国伊犁黄土磁化率一般在S0最高,但在其他古土壤层低,磁化率增减机制存在争议.对尼勒克县的一个剖面进行系统的磁学研究后发现,黄土层含有风成多畴磁铁矿,S0含有较多成壤成因的超细粒亚铁磁性矿物,其他古土壤层含有较多过湿条件下形成的非亚铁磁性矿物.非亚铁磁性矿物高含量、高矫顽力、亚铁磁性矿物低含量与较细的磁颗粒粒径对应于较高的成壤强度,揭示存在相互竞争的磁化率成壤增强过程和成壤削弱过程,以成壤削弱过程为主,导致磁化率降低.成壤削弱过程中,磁颗粒粒径发生变化.伊犁黄土磁化率变化成因多样,对磁学参数的解释要全面考虑磁性矿物的风成输入和成壤成因的磁性增强及磁性削弱作用.     

元谋盆地小河地区河湖相沉积物岩石磁学性质研究及其古气候意义

对元谋盆地小河地区竹棚豹子洞箐剖面河湖相沉积物进行的磁化率及磁化率各向异性、κ-T曲线、非磁滞剩磁、(饱和)等温剩磁、低温磁学性质和磁滞回线等测试分析结果表明, 沉积物的磁性矿物以赤铁矿为主, 并含有少量磁铁矿; 磁性矿物的含量和类型随沉积时间呈现有规律的变化, 至少可以识别出8个磁铁矿含量较高的短期事件, 这些短期事件对应的古气候条件可能与元谋盆地现今的亚热带干热气候相似. 综合岩石磁学和岩石地层研究结果, 认为元谋盆地晚中新世处于一个较为稳定的接受沉积区, 以温暖湿润气候为主, 间有短期的干热气候, 为理解约8.1 MaBP前后我国西南地区气候转型及古猿演化提供了较为丰富的古环境信息.     

江汉平原沉积物磁学特征及对长江三峡贯通的指示

长江三峡何时贯通是研究长江形成的关键问题之一, 也是目前长江研究中争议最大的热点问题之一. 为了解决这一世纪难题, 采取目前国际共识的从源到汇的物质追踪的研究思路和方法, 对采自于江汉平原沉积中心的2个钻孔中的沉积物的岩性特征、磁学参数及磁性矿物特征进行了分析研究. 结果显示: 在孔深约110 m附近的岩芯中粗颗粒成分和稳定磁性矿物成分的含量均明显增高, 同时沉积物磁化率、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁磁化率值也突然增高, 这些均表明在井深110 m附近江汉平原水系曾发生过重要调整, 江汉平原的沉积环境和物质成分均发生了重大改变. 该层位可能就是长江三峡贯通的层位, 其贯通时间古地磁测年表明约在1. 17~1. 12 Ma之间.     

西永—井礁序列的磁化率研究

磁化率是环境磁学研究中的重要参数,藉以对气候变化进行判别,在风尘沉积序列中得到广泛的应用,并被认为信号强弱与沉积物中铁磁性矿物含量和颗粒大小密切相关,具有冰期或相对冷期时磁化率值高,而间冰期或相对暖期时磁化率值低的变化规律.西永一井171个礁岩屑样品的磁化率测定结果,反映出与岩石地层划分、碳氧稳定同位素以及地球化学参数之间有一定的对应关系,具有冰期或相对冷期磁化率值高,而间冰期或相对暖期时,磁化率值低的变化规律.此项研究不仅证明了古地磁学方法可以用于礁序列,为礁环境气候变化提供新依据,而且对于探讨控制磁化率信号强弱的成因机制是非常有意义的.     

藏南罗布莎蛇绿岩高磁异常分布特征与成因

罗布莎蛇绿岩位于连接亚欧板块和印度板块的雅鲁藏布江缝合带东段,航磁调查发现了雅鲁藏布江航磁异常带,并认为是雅鲁藏布江缝合带蛇绿岩存在的客观反映.前人将罗布莎蛇绿岩高磁异常的成因笼统地归结为超镁铁岩体的存在.然而,在罗布莎岩体高精度地面磁测和钻孔岩芯的磁化率测量时发现,高磁性在超镁铁岩体内部分布极不均匀,甚至同一块标本的不同位置,磁化率的差异超过30倍.岩芯磁化率研究发现,蛇纹石化纯橄岩的磁化率远高于其他岩石(新鲜纯橄岩、斜辉辉橄岩、铬铁矿等).详细的显微镜和电子探针分析发现,在纯橄岩蛇纹石化裂隙和蛇纹石中存在丰富的磁铁矿,铬尖晶石周边也被厚度不等的磁铁矿包围.通过矿物磁化率特征分析,结合罗布莎岩体高磁异常的分布特征,认定罗布莎岩体橄榄岩蛇纹石化过程中析出的磁铁矿是导致罗布莎蛇绿岩出现高磁异常的原因.     

130 kaBP左右东亚季风突变过程的洞穴石笋记录

基于湖北神农架地区石笋(SB25)6个²³⁰Th年龄和472个氧同位素分析, 获得了133~127 ka时期十年际分辨率的δ¹⁸O时间序列. 该石笋δ¹⁸O时间序列记录了倒二冰期向末次间冰期转换时东亚夏季风降水强度变化的详细过程. 通过对石笋的精确定年, 确定终止点Ⅱ的年龄为129.5±1.0 ka, 证实了北半球太阳辐射是东亚季风冰期/间冰期转换的主要驱动力. 该石笋δ¹⁸O值在冰期/间冰期旋回中振荡幅度达4‰左右, 这在亚洲季风区洞穴记录中具有普遍性. 分辨率为十年际的δ¹⁸O曲线显示东亚季风在倒二冰期向末次间冰期转换时表现为4个阶梯式阶段, 其中“终止点Ⅱ停滞”后的季风降水突增与全球CH₄浓度突变同步.     

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.     

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.     

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.     

北京首钢工业区大气重金属污染树叶的磁学响应

在北京西郊首钢工业区及附近混杂的居民区、公园绿地和农村耕作区采集了55个一年生的树叶样品, 并对其进行岩石磁学和元素含量分析. 结果表明: 磁性矿物的含量和粒径由污染源区向周边递减. 研究区域树叶的磁性由低矫顽力的磁铁矿主导. 进一步研究表明样品的主要磁性参数(磁化率、非磁滞剩磁以及饱和等温剩磁)与元素Fe, Pb, Cr, V和Zn呈显著相关关系(0.73≤R≤0.88). 因此树叶的磁参数可以作为大气重金属污染研究的理想替代指标.     

冲绳海槽西南端中全新世以来的沉积速率与物源分析

冲绳海槽西南端作为黑潮路径下一个高速沉降中心一直受到地球科学界的关注. 在实验室对2005年5月中法合作航次在冲绳海槽南部取得的原状无搅动的深海沉积柱状样MD05-2908岩芯进行了沉积通量与沉积特征分析, 并对物质来源进行了探讨. 样品在分割后分别进行了AMS14C分析、粗颗粒组分(>63 ?m)的提取及含水量的测定. 结果显示, 该34 m长柱状岩芯底部年龄仅为6.8 ka BP, 其平均线性沉积速率达到了5 m/ka, 揭示出冲绳海槽西南端自中全新世以来具有非常高的沉积速率; 结合含水量数据, 其沉积通量也与研究区现代沉积通量相符合. 根据17个AMS¹⁴C数据识别出了5期快速沉积事件(6790~6600, 5690~5600, 4820~4720, 1090~880以及260~190 a BP), 其持续时间为70~200 a不等, 快速沉积期间其最大沉积速率可以达到21.2 m/ka. 通过与相邻的ODP1202站对比后发现, 研究区沉积物皆以细颗粒的黏土与粉砂质为主, 粗颗粒组分所占比重总体不到5%. 台湾岛东北部丰富的降雨量使得宜兰境内的兰阳溪可以携带大量陆源物质进入宜兰陆架并进一步向冲绳海槽输运, 成为研究区重要的物质来源. 这5期快速堆积事件主要是与气候变化引起的区域性降水增加有关, 另外岩芯也记录到由地震、风暴等因素引起的小时间尺度的沉积增强事件. 由地震、风暴等引起的侧向与底层传输使得研究区的沉积环境更为复杂, 但同时也为冲绳海槽提供了丰富的物质供应.     

深海氧同位素8期东亚夏季风旋回与事件的湖北神农架洞穴记录

根据神农架三宝洞一支长610 mm石笋的7个²³⁰Th 年龄和355个δ¹⁸O数据, 将该洞石笋季风记录延伸至深海氧同位素8阶段(MIS8). 虽然²³⁰Th年龄在该时段的误差达3~4 ka, 但根据石笋剖面δ¹⁸O的波动幅度(3.4‰)以及沉积速率的相对稳定性, 获得了284~240 ka BP连续的东亚季风气候记录. 石笋δ¹⁸O记录的岁差旋回与北半球65°N太阳辐射能量曲线类似, 这进一步支持了轨道尺度太阳辐射直接控制亚洲夏季风变化的假说. MIS8至少存在6个千年尺度的夏季风增强事件(振幅>0.5‰, 持续时间>1 ka), 叠加于轨道尺度的季风气候旋回之上. 邻近冰消期的3个显著的夏季风减弱事件大致可与北大西洋冰漂碎屑事件对比, 说明此类全球性特征的千年尺度事件持续发生在更老的冰期气候边界条件下. 与最近两次冰消期相似, 倒数第三次冰消期也表现为两个阶段的变化过程, 即阶段1为夏季风减弱时期(约250~244 ka BP), 此时期南极温度和CO₂浓度缓慢上升; 阶段2(244 ka BP附近)为夏季风快速增强时期, 与CH₄浓度突变同步, 南极温度和CO₂浓度则达到最大值. 北半球高纬度太阳辐射能量的变化有可能触发了冰消期的开始, 而南半球温度变化则是终结东亚季风倒数第三次冰消期的要素之一.     

低温氧化作用对中国黄土记录剩磁的影响

系统地研究了黄土/古土壤样品在加热中磁性矿物及其粒径的变化. 实验结果表明, 在100~200℃之间, 因样品中有机质燃烧而产生的还原环境可以提高样品所含磁铁矿的纯度, 并影响样品的岩石磁学性质, 主要表现在: (1) 样品的矫顽力(Hc)和剩磁矫顽力(Hcr)显著减小; (2) 多畴(MD)磁性矿物的含量增多, 而超顺磁(SP)磁性矿物的含量降低; (3) 天然剩磁热退磁有异常显示; (4) 上述变化随成土作用增强而减弱. 进一步的研究表明, 这一还原过程可有效地消除黄土中MD磁铁矿由天然低温氧化作用(LTO)而携带的次生化学剩磁.     

北京北安河地表沉积物的岩石磁学特征及环境意义

地表沉积物的磁性能够记录自然环境变化以及人类活动对环境的影响. 北京北安河地表沉积物的类型为全新世洪积、湖积粉砂和黏土. 岩石磁学研究表明这些沉积物中的磁性矿物以磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿为主. 该剖面磁参数变化特征和已报道的北京其他区域的典型污染剖面显著不同, 例如, 磁化率和饱和等温剩磁随剖面深度增大而逐渐减小, 表明研究剖面的沉积物中磁性矿物的浓度从地表向深处逐渐降低. ARM/SIRM等指示磁性矿物粒度的磁参数的值从上往下逐渐增大, 表明磁颗粒粒度向下逐渐变细. 磁黄铁矿从22 cm深度处往下突然出现, 指示了沉积剖面中存在氧化-还原界面. 因此, 北安河地区地表沉积物的磁性变化受控于还原成岩作用和成壤作用两种地质过程. 这为在北京地区利用磁性来调查污染状况提供了一个可供参考的“基准点”.     

南黄海EY02-2孔磁性地层及古环境意义

对采自南黄海中部平原的钻孔EY02-2(孔深70 m)进行了岩石磁学和磁性地层学研究. 磁化率随温度变化曲线(k-T)显示, 该钻孔沉积物磁性矿物的居里温度为580~600℃, 即主要磁性物质为磁铁矿. 磁滞回线测定结果表明, 南黄海磁性矿物的粒度随不同沉积环境变化很大, 总趋势是潮下滨岸大于陆相, 陆相大于海相, 与沉积物物源的距离远近和水动力强弱有关. 磁极性地层研究揭示出M/B极性转换界线位于该钻孔的63.29 m, 同时在布容期至少出现7次极性漂移(Nr1-7), 可以与布容期内的6次极性事件对应; 在松山期也出现3次正极性漂移, 最下部的两个正漂移可能是发生于886±3 kaBP的Kamikatsura正极性事件的反映. 磁化率和沉积物的粒度在不同的沉积相表现不同, 因此揭示了一些大的环境转换界面. 通常潮下滨岸和陆相的磁化率和粒度都要大于海相沉积物, 磁化率在10×10?5SI左右的稳定分布和平均粒径接近7Φ指示了水深较大的海相层. 但是, 磁化率和粒度不能作为气候变化指标与深海氧同位素δ 18O对比. 我们认为, 半封闭陆架海复杂的沉积物源和在冰期-间冰期沉积动力的变化是造成这种不能对比的原因.     

塔里木盆地风积物表土磁学特征及其与物源物质、气候条件的关系

黄土高原地区地表土壤磁化率与气候的温湿程度(温度和降水)呈明显的正相关关系, 目前成壤过程中形成的细颗粒软磁性矿物被认为是导致土壤磁化率增加的主要原因, 磁化率作为一个夏季风代用指标在该区得到广泛应用. 但相对于黄土高原地区比较成熟的岩石磁学研究来说, 目前对主要由西风带所控制的塔里木盆地及其周边地区的表土岩石磁学性质的研究还相对较少, 对控制该区表土岩石磁学性质的主要原因也还不是十分清楚. 为进一步理解不同气候、不同环境条件下土壤磁化率与气候的关系, 对塔里木盆地及其南缘49 个风尘堆积表土样品进行了详细的岩石磁学和粒度分析. 结果表明, 研究区表土样品的岩石磁学性质主要由来自源区的粗颗粒软磁性矿物所控制, 成壤作用形成的细颗粒磁性矿物对其影响非常有限. 其中, 沙漠样品的磁化率和饱和等温剩磁都表现为最低值, 主要由富含软磁性矿物的颗粒含量较少所造成. 亚砂土和黄土样品的磁化率和饱和等温剩磁均高于沙漠样品, 且随着海拔的升高有明显减小的趋势, 来自源区的粗颗粒软磁性矿物的含量是导致这种变化的主要原因.     

900 ka以来黄土-古土壤序列记录的风尘铁含量变化及其古气候意义

风尘中所含的铁是海洋生物的营养元素, 对浮游生物的生产力有重要影响, 从而对海洋吸收CO₂的量有调节作用, 进而影响全球气候. 从亚洲内陆产生的粉尘不仅堆积于黄土高原, 形成黄土-古土壤序列, 而且落入北太平洋等海域. 基于黄土高原中部的西峰和长武两个剖面, 对900 ka 以来风尘的铁含量及其时域变化特征进行分析, 结果表明, 不同时期的风尘铁含量具有明显的变化. 铁含量的波动总体上与冰期-间冰期旋回的变化差异较大, 不具明显的100 ka的周期, 而具有较强的准20 ka的周期和清晰的准40 ka周期, 显示北半球太阳辐射的变化对风尘铁含量有明显的控制作用. 900 ka以来, S5-1古土壤(深海氧同位素阶段13)的铁含量最高, 对应于900 ka以来大洋碳同位素值最高的时期, 表明该事件具有全球性的意义.