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地质地球所揭示青藏高原和黄土高原黄土/古土?

  中国黄土高原黄土/古土壤序列在重建古气候变化和季风演化史上取得的重大成功,使得黄土/古土壤序列的古气候意义受到了学术界的广泛关注。环境磁学作为重要的研究手段,成为反演黄土古气候信息的有力武器。然而,如何正确解译黄土磁学参数的环境意义以及磁性与环境信息的耦合关系是否一成不变都是该领域最基本和最难解决的问题。

  中国科学院地质与地球物理研究所特提斯研究中心博士生胡鹏翔及其导师刘青松研究员同其他合作者首次对同时期黄土高原中部和青藏高原东部川西黄土沉积进行了多领域交叉研究和对比研究,提出了影响黄土磁性环境因子的新证据。

  稀土元素和粘土矿物的研究表明,不同于黄土高原黄土,川西黄土物源来自于青藏高原内部,物源的不同改变了背景磁性矿物的种类、含量和粒径,但并不是整体磁学特征的主导因素。相比之下,土壤水分平衡,即降水量、潜在蒸发量之间的动态平衡是影响黄土/古土壤磁学性质的主要因素。自土壤水分模型提出以来,该研究团队首次将该模型应用到实际剖面的对比研究中,并结合实验数据提出了有针对性的解释。川西黄土相对于黄土高原黄土具有更高的年均降水量和更低的潜在蒸发量,因而土壤湿润度更高,促进了亚铁磁性矿物向赤铁矿的转化,使得川西黄土剖面呈现整体磁性较弱的特点(图1)。此外,川西剖面在黄土层位还记录了纳米级次生磁性矿物的最初生长(图2)。湿润的成土环境,较高的有机质含量和铝含量有助于川西黄土形成更细的超顺磁磁性颗粒(图3)。

  该成果近期发表于国际地学期刊Earth and Planetary Science Letters(Hu et al. Soil moisture balance and magnetic enhancement in loess–paleosol sequences from the Tibetan Plateau and Chinese Loess Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 2015, 120-132)。

  

  图1 川西和洛川黄土的土壤水分平横模型。(a) 川西黄土在大部分月份降水量大于潜在蒸发,土壤湿润度较高,年磁性增强指数低;(b) 洛川黄土在大部分月份降水量和蒸发量匹配,土壤湿润度较低,年磁性增强指数高。

  

  图2 川西和洛川黄土剖面磁化率(非磁滞剩磁和饱和等温剩磁和频率磁化率的相关关系)。图中红色方框指示了川西黄土在频率磁化率开始增加阶段,磁化率和剩磁参数并不随之增加的‘平台’。该平台实际上记录了川西黄土次生磁性矿物生成的初始阶段,即:磁性颗粒粒径分布改变而含量未大幅度增加的阶段。

  

  图3 川西和洛川黄土超顺磁颗粒的粒径分布图。图中川西黄土超顺磁颗粒分布较窄,且峰值对应粒径较小。

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