磁铁矿和磁赤铁矿磁化率的温度和频率特性及其环境磁学意义

磁化率随温度和频率的变化特性(F-T)对于研究超顺磁和单畴磁性颗粒的磁学性质非常有效。文章结合饱和磁化强度和矫顽力随温度变化的特性,依据尼尔理论,探讨了磁性颗粒的粒径分布与其(F-T)特性的关系。结果表明,磁化率的最大值对应于其解阻温度,因此可以用来估算磁性颗粒的平均粒径。随温度变化的频率磁化率曲线可以转化为连续的粒径分布曲线。本方法可以用来模拟自然地质体(例如,火山灰、黄土沉积物)中磁性矿物的粒度分布。     

黄土高原及相邻地区表土磁化率与降水量的关系

在黄土高原阿拉善高原区域沿年均降水量线最大梯度方向采集了61个表土样品, 分析了其磁化率、粒度和有机碳含量等环境变化替代性指标的变化特征. 结果表明: 在母质类型多样和地貌特征差异较大的该广阔区域, 频率磁化率与降水有良好的相关性, 而常用的磁化率不能用作反映降水量变化的理想指标, 与以往土壤磁学研究存在一定差异. 研究结果指示, 在干旱地区应用磁化率指标解释环境变化需要谨慎.     

温度对FDR测量土壤体积含水量的影响

为研究温度对FDR测量土壤体积含水量的影响,采用基于FDR技术的两种土壤水分传感器TDR-3和PR2,在环境温度范围为5～60℃条件下,对南京地区的粘性土土样进行了土壤体积含水量测试分析.结果表明:基于FDR技术的土壤水分传感器测量土壤水分时存在明显的温度效应,两种传感器所测的体积含水量与温度之间均呈线性递增关系,TDR-3的温度修正系数范围为0.2%～0.3%(v/v)·℃-1,PR2的温度修正系数范围为0.1%～0.2%(v/v)·℃-1.研究成果对于提高FDR测量结果的可靠性具有重要意义.     

湖州市土壤磁化率与重金属元素分布规律及其相关性研究

通过对84个地表土样、17个剖面土样和11个基岩样的磁参数与化学分析测试,对湖州市进行了土壤磁化率与重金属元素分布规律、成因及两者的相关性研究.结果表明:表层土壤磁化率高值异常区与土壤重金属元素高值分布区吻合程度非常高,剖面土壤磁化率值与重金属元素含量总体上均呈向下递减的相同特点;表层土壤磁化率与重金属元素高值异常均系人类经济工程活动影响所致,主要与当地城镇生活垃圾随意堆放、垃圾施肥、工业粉尘、废气、废物和污水排放、农药和化肥的过量使用等有关;表层土壤磁化率值与重金属元素Cd、Hg、Pb、As和Cr含量之间在不同环境条件下相关性有着明显的差异.在旱地土壤中磁化率与重金属元素Hg、Pb高度相关,与Cd、As和Cr不相关;在水田土壤中磁化率与重金属元素Pb、As高度相关,与Cd显著相关,而与Hg、Cr不相关.     

温度对稻田甲烷排放的影响

温度对稻田甲烷排放的影响于心科，李宁，李春园，邵波（中国科学院兰州地质所气体地球化学国家重点实验室兰州７３００００）王卫东，谢小立（中国科学院长沙农业现代化研究所长沙４１０１２５）关键词稻田，甲烷排放，温度１水稻及其生态和实验实验田位于中国科学院桃源...     

湿润亚热带山地土壤磁学特征对气候条件变化响应的敏感程度

土壤磁性矿物的形成、转化、运移和保存与气候条件密切相关,其对气候的响应形式、敏感程度及机制是土壤环境磁学的基础研究内容。本研究选取亚热带山地不同海拔高度,但位置相近,母质、地形和植被类型上基本无差异的3个剖面为对象,进行环境磁学、色度、常量元素等参数的测量,探究土壤磁学特征对气候的响应及其敏感程度。结果表明：1）随着土壤发育,土壤中超顺磁（SP）、单畴（SD）细粒亚铁磁性矿物增加,次生反铁磁性矿物的含量也不断增加,亚铁磁性矿物增加的速率高于反铁磁性矿物。土壤磁性随着成壤强度的增加而增强。2）气候通过风化/成壤作用进而影响土壤中磁性矿物,是3个研究剖面磁学特征随海拔规律性变化的主导因素。3）降水量不是湿润亚热带山地土壤磁性增强的限制因子。气温通过化学反应速率和蒸发量调节土壤磁性矿物的生成、转化与保存,是山地垂直地带性土壤磁性差异的主导因素。亚热带山地土壤磁性矿物可以非常敏感地响应气温的微小变化。

     

塔里木河流域干旱区棉田土壤呼吸的温度敏感性研究

利用阿克苏绿洲农田试验站连续测定的棉田土壤呼吸值及同步测定的土壤温度与湿度数据, 构建通用的土壤呼吸温度敏感性模型. 结合构建的模型, 对5个常用的土壤呼吸温度模型所模拟的研究区的土壤呼吸变化的温度敏感性进行评析. 结果表明: Arrhenius模型能较好的预测研究区的土壤呼吸温度敏感性的变化; 研究区土壤呼吸温度敏感性随温度的升高呈下降的趋势. 两类试验样地土壤呼吸温度敏感性存在明显的差异性, 这可能与两类试验样地土壤呼吸组分的差异有关, 这是以后需要重点关注的地方.     

长三角湖州市土壤磁化率与铜、锌有效量和全量分布规律

通过对84个地表土样、17个剖面土样和11个基岩样的磁参数与化学分析测试,对湖州市土壤磁化率与重金属元素Cu、Zn有效量和全量分布规律、成因及两者的相关性进行了研究.研究发现:①表层土壤磁化率高值异常区总体上与土壤重金属元素Cu、Zn有效量和全量高值分布区吻合程度非常高;剖面土壤磁化率值与Cu、Zn有效量和全量含量总体上均呈现出向下递减的相同特点.②表层土壤磁化率与Cu、Zn有效量和全量高值异常均系人类经济工程活动影响所致,主要与当地城镇生活垃圾随意堆放、垃圾施肥、工业"三废"排放、农药和化肥的过量使用等有关.③表层土壤磁化率值与重金属元素Cu、Zn有效量和全量含量之间在不同环境条件下相关性存在明显差异.     

三江平原典型土地利用类型土壤呼吸强度对温度的敏感性

采用实验室恒温培养方法对三江平原3种不同土地利用类型开发后的沼泽土和草甸土进行了温度敏感性研究。研究结果表明,在50c、15℃、250C和35℃4种不同温度条件下,各土壤类型的土壤呼吸速率均随温度的升高而增大。在同一温度条件下．3种土壤呼吸强度由弱到强依次是：草甸土一旱地〈草甸土一水田〈沼泽土一人工林。指数模型和乘幂模型均可以较好地描述沼泽土和草甸土土壤呼吸与温度之间的关系,土壤呼吸强度随温度的升高呈指数或乘幂上升。3种土壤的Q14。值呈现出随温度升高而降低的趋势,表明土壤呼吸在较低温度下的温度敏感性更高。对未添加植物残体的纯土壤组和添加了植物残体的对照组进行对比研究,发现添加植物残体后土壤呼吸强度大大增强,因此野外实际的土壤呼吸强度要比通常室内实验中去除植物残体后所测定的土壤呼吸强度更高。     

三江平原典型土地利用类型土壤呼吸强度对温度的敏感性

采用实验室恒温培养方法对三江平原3种不同土地利用类型开发后的沼泽土和草甸土进行了温度敏感性研究。研究结果表明,在5℃、15℃、25℃和35℃ 4种不同温度条件下,各土壤类型的土壤呼吸速率均随温度的升高而增大。在同一温度条件下,3种土壤呼吸强度由弱到强依次是：草甸土-旱地<草甸土-水田<沼泽土-人工林。指数模型和乘幂模型均可以较好地描述沼泽土和草甸土土壤呼吸与温度之间的关系,土壤呼吸强度随温度的升高呈指数或乘幂上升。3种土壤的Q10值呈现出随温度升高而降低的趋势,表明土壤呼吸在较低温度下的温度敏感性更高。对未添加植物残体的纯土壤组和添加了植物残体的对照组进行对比研究,发现添加植物残体后土壤呼吸强度大大增强,因此野外实际的土壤呼吸强度要比通常室内实验中去除植物残体后所测定的土壤呼吸强度更高。     

祁连山洪水坝河流域地貌特征及其构造指示意义

晚新生代以来,伴随祁连山强烈隆起而塑造的水系流域地貌,其典型特征指示了该区域的最新构造活动。以发源于祁连山中部的洪水坝河为研究对象,利用GIS空间分析工具,提取了整体流域与5个亚流域的河网分支比、地势起伏、平均高程等地貌参数,并对整个流域地形做坡谱分析,获得了洪水坝河水系流域地貌特征。研究表明,洪水坝河流域整体地形起伏大、坡度陡、水系发育程度低,并且流域内部从南向北,河网分支比和地势起伏显著增大。在分析地层岩性和冰川作用等相关因素的基础上,认为这种变化表明流域所受构造活动的影响从南向北显著增强:南部受构造活动的影响微弱,地势平坦,可能是残存的古侵蚀面,亦或是受山间盆地的沉积作用影响; 中部区域由于被昌马断裂东段切穿,断裂带附近区域较弱的抗侵蚀能力与河流的快速下切共同造成了地势起伏的增加; 北部区域受佛洞庙-红崖子断裂西段逆冲活动的影响,坡度及地势起伏大幅增加,表现为地势起伏骤增和强烈的河流下切等地貌特征。上述地貌分析研究,为认识和理解祁连山造山带地貌演化以及控制因素提供了基础数据和思路。     

南方红土的磁性矿物组成及其区域性差异

位于我国热带、亚热带地区的南方红土是我国分布最广的第四纪土状沉积,其经历了较强的化学风化作用,具有典型的磁性矿物组成。磁性矿物是沉积物的重要组成成分。磁性矿物的种类、粒度和含量等信息可以反映沉积物形成时的温度、降水等气候条件。因此,了解红土沉积物磁性矿物组成对于研究南方红土区的环境演化具有重要意义。本文综合分析了安徽宣城、浙江长兴、江西九江及广西百色4个剖面不同层位红土样品的x-T曲线、三轴等温剩磁热退磁曲线等岩石磁学结果,发现南方红土的磁性矿物组成主要为磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿及针铁矿,这些磁性矿物的相对含量不仅具有地带性差异,而且在不同风化阶段也存在差异。其中百色剖面顶部棕色土中磁赤铁矿含量相对其他剖面较高,与百色地区现今较强的风化作用相符。同一剖面内网纹红土中赤铁矿的含量较高,磁赤铁矿的含量相对较低,指示网纹化时期较强的成土作用引起磁赤铁矿向赤铁矿的转化。此外,岩石磁学结果显示百色剖面网纹红土及均质红土中含有一种特殊性质的磁性矿物,即粒度较细、解阻温度较低的成土成因赤铁矿,该矿物为后期强烈风化作用的产物。该次生矿物携带了较强的化学剩磁,引起了百色剖面初始碎屑剩磁的重磁化。该研究表明磁性矿物组成的差异还可以用来解释南方红土剩磁记录的多样性。     

中亚地区现代表土磁学特征及其古环境意义*

在中国西北地区主要沙漠、绿洲和戈壁及蒙古国南部戈壁等亚洲中部粉尘源区采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,系统分析了样品的磁学性质(包括磁化率、无磁滞磁化率、等温剩磁、磁滞回线和热磁曲线)。结果表明,中亚地区表土样品中主要磁性矿物是铁磁矿,含有赤铁矿和磁赤铁矿,并伴有少量顺磁性矿物;磁性矿物粒度主要是准单畴(PSD)和多畴(MD),超顺磁性颗粒含量较低,接近于中国西部黄土地层含量。中亚地区表土磁性矿物含量总体都较低,磁性矿物含量在空间上与降雨量成正比。研究结果指示西部地区(准噶尔盆地和南部塔里木盆地)表土样品较北部地区(鄂尔多斯高原、阿拉善高原以及蒙古高原)表土样品,其粗颗粒磁性矿物含量高,而细颗粒磁性矿物含量低。本研究结果为黄土地层古土壤磁性增强源自成土过程提供了最直接的证据。     

浙江金衢盆地界首红土剖面磁性特征及环境意义

通过对浙江金衢盆地界首红土剖面的研究, 探讨其磁性特征垂向变化、影响因素及其古环境意义。结果表明, 界首红土剖面粒度组成以粉砂(4~63μm)和粘土(<4μm)为优势组分, 砂含量极少,"风尘基本粒组"(10~50μm)含量较高, 平均值为34 %, 呈现出一定的风成特性。粒度频率分布曲线显示, 剖面上部(0~430cm)与剖面下部(430~920cm)具有相似的特性, 但剖面下部更为复杂, 混杂有粗粒级组分。粒度与磁性特征的相关分析表明, 亚铁磁性矿物与粉砂粒级组有密切关系, 而不完整反铁磁性矿物多赋存于细粒级的粘土组分中, 并具有附着于石英颗粒表面的特征。界首剖面下部地层中尽管存在近源搬运或水成成因的粗粒级组分, 但因其含量极少, 对磁性特征的贡献往往被含量较多的细粒级组分所掩盖。该剖面磁性矿物组合自底部向上由不完整反铁磁性矿物主导向亚铁磁性矿物主导变化, 这一变化特征与九江九庐(JL)风积成因红土剖面具有极大的相似性, 反映了气候变化通过影响红土风化成土形成的磁性矿物组合, 控制了南方红土磁性特征的变化。总体上, 界首红土剖面的磁性特征自下而上的变化指示了中国南方自中更新世以来气候由湿热向冷干演变的趋势。     

马四剖面揭示的共和盆地12 ka以来的环境演变

以共和盆地东部风成沉积剖面(MS剖面)磁化率为依据,运用四次回归方程重建了剖面形成时的年均气温和降水量,确定近12 ka以来共和盆地年均温度–0.37℃～5.09℃,多年平均温度为2.5℃,降水量267.91～550.77 mm,多年平均降水量为418.62 mm。对常量元素氧化物(SiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3)含量进行分析,结果表明:1)古土壤层SiO_2含量均低于风成砂层, Al_2O_3和Fe_2O_3含量均高于风成砂层; 2)风成砂层SiO_2含量S3>S5>S1,Al_2O_3和Fe_2O_3含量S5>S3>S1,揭示S3层形成时期冷干, S5层次之, S1层干旱程度较弱;土壤层SiO_2含量S4>S2>S6, Al_2O_3和Fe_2O_3含量为S6>S2>S4,表明S6形成时期气候温湿, S2层次之, S4层温湿程度较低; 3)分层氧化物变异系数大小表明S2和S6层形成时气候波动剧烈, S1和S3层形成时期气候较稳定。以常量元素氧化物含量、温度和降水为依据,结合14C测年,重建了近12 ka以来共和盆地环境演变过程:11.9 ka BP以前为凉干期,11.9～9.7 ka BP为温湿期, 9.7～8.0 ka BP为冷干期, 8.0～4.8 ka BP为暖湿期, 4.8～2.9 ka BP为凉干期, 2.9 ka BP以来为温润期。马四剖面记录的环境演变过程与青藏高原其他区域环境演变过程具有相似性,表明共和盆地环境演变与区域环境变化具有同步性。     

黄土高原-阿拉善高原典型断面表土磁学特征研究

在黄土高原-阿拉善高原区域沿接近降水量最大梯度线方向系统采集了表土(包括沙漠和土壤)样品,详细研究了其环境磁学、粒度和有机质含量等环境替代指标的变化特征。结果表明,整个断面表土中的强磁性矿物主要为磁铁矿和磁赤铁矿,并含有赤铁矿。阿拉善高原表土中磁性矿物颗粒多为多畴(MD),总体含量偏低,磁性矿物中硬磁组分含量较高;黄土高原区表土中磁性颗粒多为准单畴(PSD),总体含量偏高,磁性矿物中软磁组分含量较高。进一步分析发现,在干旱地区,频率磁化率与降水有良好的相关性,而常用的磁化率不能较好地反映降水量变化。本研究指示在干旱地区应用单一磁化率指标解释环境变化需要谨慎。     

中国亚热带风尘沉积物磁学特征对比研究

中国亚热带地区的风尘沉积包括均质红土、黄棕色土、网纹红土和下蜀土等不同类型沉积层。本文选择江西九江(JL)、浙江浦江(PJ)和江苏新港(XG-3)3个剖面,进行了多种磁学参数测量。研究结果表明:1)黄棕色土与网纹红土在剖面上叠加组成加积型红土剖面构型,两者的磁性矿物含量、类型和磁畴的差异,导致磁化率的不同。黄棕色土磁化率高,磁性矿物含量高,磁性颗粒以细小的亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主。根据半定量估算,黄棕色土样品中SP颗粒含量大多介于50%~75% 之间,其中的古土壤样品SP颗粒含量多数大于75%。网纹红土磁化率低,磁性矿物含量低,磁性颗粒粒径较黄棕色土粗,矿物类型以不完整反铁磁性矿物赤铁矿为主。2)下蜀黄土具有较高的X,Xfd,SIRM和XARM; X和Xfd呈正相关关系(r2=0.87),黄土层的XARM/SIRM与XARM/X远低于古土壤,反映除较细的粒度组分外,还有较粗的 PSD/MD 颗粒存在。细颗粒亚铁磁性矿物对磁化率贡献较大。3)据磁学参数辅以其他理化指标推测,黄棕色土与下蜀黄土形成环境与现在亚热带环境类似,但黄棕色土以较低的粉砂与粘土比值反映其化学风化作用较下蜀黄土强,显示了一定的纬度效应。4)广泛分布于亚热带地区的网纹红土磁学特征类同,粒度组成和地球化学指标也相似,反映形成时期区域内的自然要素的地带性分异不及今日明显。另一方面,网纹红土中较高的HIRM、矫顽力和居里温度指示其含有较多的赤铁矿,而且磁性矿物颗粒较其上的黄棕色土粗,全铁含量略高于黄棕色土,87Sr/86Sr 比值也较黄棕色土高,所有这些都佐证网纹红土与黄棕色土可能具有不完全相同的物质来源。     

海南岛西部沙化土地时空变化过程及其与气候因子的关系

本文利用Landsat-TM和MODIS遥感影像, 结合遥感、GIS空间分析及数理统计等技术方法, 研究了1989~2010年海南岛西部沙化土地时空变化过程及其与气候因子的关系。结果表明:1)1989~2010年海南岛西部非沙化面积显著上升, 总体增速为9.2km2/a, 不同程度沙化区域面积均显著下降, 轻度沙化区面积变化在沙化控制中起主导作用, 重度沙化区面积下降最为显著; 2)1990~2010年土地转移分析表明, 20年中研究区域沙化土地面积总体降低174.04km2, 其中67.67 % 的区域为轻度沙化土地, 非沙化区域、轻度沙化区域、中度沙化区域以及重度沙化区域发生转化的面积分别达到1.59 % 、94.67 % 、98.02 % 和99.46 %, 沙化土地转换频繁, 非沙化区域相对稳定; 3)沙化土地主要分布在海岸带区域, 植被覆盖度低, 人类活动频繁, 变化波动剧烈。2000年以来植被覆盖总体上升, 其中西海岸的中部和北部植被覆盖显著上升, 沙化土地得到明显改善; 4)相关性分析表明: 非沙化面积与年降水、年均温均呈显著正相关, 相关系数分别为0.82(pp<0.05), 气温和降水是海南岛西部土地沙化的重要驱动因子, 其中降水对土地沙化的影响相对较大。     

水稻土中Hg,Cd,Pb和As的空间变异性特征及相关影响因素探讨——以四川孝泉地区为例

以四川孝泉地区水稻土为研究对象,利用地质统计学方法,系统地研究了水稻土中Hg,Cd,Pb和As含量的空间分布特征和空间变异性特征,就可能的影响因素进行讨论并得出结果:1)孝泉地区水稻土中Hg,Pb和As含量的空间自相关尺度分别为10.4km,3.8km和5.1km,且为中等程度相关;Cd在所研究的尺度上不表现明显的空间相关性。2)城镇生活、生产废弃物无序排放,铁路、公路运输,农业施肥、灌溉等因素对孝泉地区水稻土中Hg,Cd,Pb和As含量的空间变异性均有不同程度的影响。3)运用地质统计学方法处理多目标地球化学调查数据能有效地提取地球化学变量的空间结构信息并能在不同尺度上检验取样网度的合理性。     

基于钻井温的长白山天池火山北坡浅部岩浆房赋存深度研究

长白山火山区地壳热结构尚未建立, 目前基于地球物理探测手段获得的天池火山浅部岩浆房赋存深度存在差异. 通过对天池火山北坡CZK07钻孔测温情况的研究, 在资料评价与地温梯度计算的基础上, 结合全新世岩浆房温度资料, 估算了北坡浅部岩浆房的赋存深度. CZK07钻孔位于地球物理探测所推测的浅部岩浆房正上方, 靠近历史时期火山喷发火口, 在孔深约610 m处地温较高且稳定(102.5~106.8℃). 连续测温资料显示, 钻孔地温随深度呈一次正相关变化, 地温梯度主要变化于134~178℃/km之间(平均为153℃/km), 可大致代表浅部岩浆房上覆地壳的地温梯度. 基于前人浅部岩浆房的温度研究, 本次定量估算的天池火山北坡浅部岩浆房的赋存深度, 为天池水面下5.25~7.21 km, 与地球物理探测的反演结果相近.