新疆西风区黄土与古土壤磁化率变化特点

在东部季风区的黄土研究中,磁化率是反映季风区气候变化的重要替代性指标之一,但关于中国西风区黄土磁化率的研究至今仍然为空白。通过对新疆典型的西风区——伊犁地区现代土壤和两个典型剖面黄土与古土壤序列磁化率研究发现,两个剖面黄土与古土壤磁化率特征存在差别。地处荒漠草原地带的则克台黄土剖面中马兰黄土的磁化率值略高于弱成壤层,末次间冰期古土壤层的上部磁化率也低于黄土,与东部季风区相比黄土磁化率偏高;而位于草原地带的库尔德能布拉克剖面黄土磁化率为低值,古土壤为高值,表现出与东部季风区类似的变化特点。两个黄土剖面所反映的磁化率的区域差异在一定程度上揭示了气候对磁化率变化的控制作用,但另一方面也反映了该区磁化率物理意义的复杂性。提出虽然在西风区黄土记录研究中不能简单套用东部季风区的方法,但磁化率和碳酸盐含量在西风区可指示湿度变化。     

影响中国黄土磁化率差异的多因素评述

 通过查阅最近30 a来对黄土古土壤磁化率与气候的关系等方面的研究结果,认为：成壤作用过程中由生物作用和风化作用产生的超顺磁粒级的磁铁矿、磁赤铁矿等强磁性矿物是导致古土壤磁化率增强的主要原因。另外,磁化率值高低也不容忽视其他因素的影响,如黄土古土壤本底值的区别、淋溶作用、有机质对磁性矿物老化的阻碍及其本身的磁化率等。因此,黄土古土壤磁化率的高低是在气候条件为主导的作用下多种因素参与的结果。     

镇江下蜀黄土-古土壤序列磁化率特征与环境记录

将北方黄土研究中广泛应用的磁化率参数引入长江中下游下蜀黄土的研究,对镇江下蜀黄土古土壤序列进行了系统的质量磁化率采样测试。磁化率变化记录了中更世以来长江中下游地区经历了7~8次大的气候旋回变迁,与邻区风尘堆积及北方黄土高原具有一致性和相似性;下蜀黄土S₂以来磁化率记录可与深海氧同位素记录进行细节上的详细对比,首次在下蜀黄土记录中发现了对应于MIS中5a、5b、5c、5d和5e亚阶段的波动特征;对比揭示,近20多万年以来,下蜀黄土堆积区对全球古气候变化有着积极的响应。     

北疆黄土的磁化率各向异性揭示末次冰期以来古风向的变化

黄土磁化率各向异性（AMS）被认为是重建古风向变化重要的指标之一,在黄土高原地区得到广泛的应用。然而新疆地区的黄土磁化率各向异性研究相对薄弱。通过对新疆塔城盆地库尔托别剖面磁化率各向异性参数和磁化率分析古风向和风力强度的变化,结果表明：塔城地区末次冰期以来以东南风为主,剖面从下至上,可分为5个阶段：第1阶段（12~14 m）：对应MIS3c时期,磁组构特征受水流作用的影响明显,表现为东南风。第2阶段（6~12 m）：对应MIS3b时期,出现西南风,但主要还是以东南风为主。第3阶段（4~6 m）：对应MIS3a早中期,以东南风为主,西南风逐渐消失,并且风力强度逐渐减弱。第4阶段（0.5~4 m）：对应MIS3a晚期和MIS2早期,表现为东南风,风力强度波动较大。第5阶段（0~0.5 m）：磁组构特征受成壤作用影响强烈。     

殷墟地区土壤剖面磁化率变化特征

对殷墟地区3个土壤剖面的岩性分析和磁化率测试发现,岩性和磁化率变化均存在较好的一致性。根据岩性将剖面分为上中下三层,上层为现代农业耕作层,由于人类活动扰动剧烈,磁化率变化复杂(该文未作讨论);中层为河流相沉积物形成的亚粘土层,该层磁化率明显偏高(除地表耕作层外,3个剖面的磁化率最高值均出现在该层)且变化剧烈,可能是由于沉积物来源及沉积动力而导致磁性矿物含量及排列方式变化引起的;下层为灰黑色古土壤层,磁化率值明显低于其他层位且波动较小,有别于目前黄土—古土壤序列研究中古土壤磁化率增强的古土壤成因模式,其原因有待进一步研究。剖面的总体磁化率变化幅度较大,且从表层向下有降低的趋势,可能是由于沉积物磁化率的埋藏效应所致。     

沙漠、戈壁和黄土表土岩石磁学特征及其对黄土磁化率机制的意义

黄土高原黄土来自于其北部或西北部的沙漠和戈壁被广泛认可。本文选取西北地区典型的沙漠、戈壁和黄土表土样品,进行系统的岩石磁学研究。结果显示：沙漠和戈壁磁学特征相似,以磁铁矿占绝对优势,磁颗粒为多畴和假单畴,几乎不含超顺磁颗粒,磁性矿物总体含量高于黄土表土。黄土表土以磁铁矿为主,同时含有磁赤铁矿,磁颗粒以成壤过程中形成的超顺磁和单畴颗粒为主。虽然沙漠和戈壁细粒中亚铁磁性矿物相对比例明显高于粗粒,但粗粒组分含量大,对磁性稀释作用显著,全样总体表现为粗粒磁性特征。影响沙漠、戈壁和黄土磁化率的主导因素不同,沙漠和戈壁为磁性矿物含量主导型,磁性矿物总含量高,黄土表土为磁性矿物粒度主导型,超顺磁对磁化率贡献占主导。合理区分风速论和成土论两种磁化率机制,需准确判断成壤程度和氧化还原状态。因此,不同环境条件下磁化率的环境意义及古气候重建,需首先准确区分影响磁化率的主导因素。     

宁夏长城塬全新世黄土-古土壤序列微形态特征及意义

利用偏光显微镜对宁夏长城塬全新世黄土-古土壤序列(CCY)的微形态特征进行了详细观察和分析。结果表明,S0层的粗颗粒形态参数（如C/F(10 μm)、面积、周长、等圆直径等）以及土壤形成物、孔隙、微垒结等微形态指标明显区别与黄土层L层,其中C/F(10 μm)值在全剖面中达到最小值,孔隙度达到最大值,残积黏土铁染程度最强烈,指示出古土壤S0层受到的风化作用较为强烈,成壤强度较强。同时,微形态变化能够与磁化率、CaCO3、粒度含量变化进行良好的对比;通过对比得出C/F(10 μm)值、孔隙度、土壤形成物存在形式也可作为指示气候变化的一个重要指标。     

新疆伊犁地区黄土与古土壤的微结构及矿物成分分析

利用偏光显微镜对伊犁地区新源县则克台剖面黄土与古土壤进行分析,观察到黄土的微结构为粉砂细粒支架－镶嵌孔隙－斑状胶结类型,古土壤则属于砂粉土分散－镶嵌斑状－基底胶结类型。二者的矿物种类差异不大,只是相对含量有所变化。古土壤中原生矿物略有减少,次生、蚀变矿物含量相应增加,铁染较普遍,加外,溶解－再沉淀作用常使矿物细粒化,或形成粘土矿物和次生碳酸钙的微粒集合体和微晶充填在次生大孔隙中。这些特征在黄土中料     

关中东部全新世黄土古土壤序列常量元素地球化学特性研究

 对关中盆地东部全新世黄土-古土壤序列(YHC剖面)常量元素分析,发现:YHC剖面化学组成以SiO2、Al2O3和CaO为主,三者平均含量的总和达774.1 g·kg-1,元素含量SiO2 >Al2O3>CaO>Fe2O3>MgO>Na2O>K2OTiO2; 相对黄土L1,Ca、Na、Mg在S0中相对迁移,且Ca、Na淋溶强烈,K、Fe、Al在S0中相对轻微富集; 关中平原东部风化程度弱,处于较弱的脱Ca、Na初级风化阶段(并且可能在沉积源区就已经发生),伴有碳酸盐的淋溶。CIA等揭示的YHC剖面各层的风化顺序S0>Lt>L0>TS>L1UCC,与关中西部扶风和黄土高原中部庄浪相比,关中平原东部的风化程度居中。CIA对气候的响应灵敏,揭示出早全新世风化渐强气候变暖,中全新世风化最强气候暖湿,晚全新世以来风化程度骤然减弱气候恶化,对次一级的气候事件也有反映。     

陕西省丹凤县茶房村黄土古土壤剖面风化程度及对气候变化的响应

对陕西丹凤县茶房村黄土剖面的地层学、沉积学特征以及常量元素、磁化率、粒度等进行了研究。结果表明：茶房村剖面具有表土（MS）→全新世黄土（L₀）→古土壤（S₀）→过渡黄土（L_t）→马兰黄土（L₁）的地层序列;化学风化过程中元素Ca、Na、Mg、K和Si表现为迁移特征,Fe则相对富集,呈现Na>Si>Mg>K>Ca>Al>Fe的迁移序列;剖面总体风化程度处于初等向中等过渡的阶段,不同地层的风化强弱顺序为S₀>L_t>L₁>L₀。化学风化强度的变化表明该区自晚更新世以来气候经历了气候干冷→气候回暖→温暖湿润→气候转凉的变化过程。     

新疆表土磁学性质及其环境意义

在新疆地区采集了331块表土样品,分析了样品的磁性特征(磁性矿物种类、磁性矿物含量和粒径组成)及其环境意义。结果指示新疆地区表土磁性特征存在较大的区域差异。北疆样品中磁性矿物总体含量较高,以单畴和假单畴颗粒的磁铁矿、磁赤铁矿等软磁性矿物为主,南疆样品中磁性矿物含量较低,硬磁质含量稍高,单畴颗粒矿物所占比重较北疆低;伊犁地区样品的磁性矿物在组成上与南疆样品更为接近,但成壤相对较强,超顺磁颗粒含量高。新疆地区表土磁性特征差异在一定程度上反映了新疆地区环境因子的区域差异,尤其是年均降水的不同。     

新疆伊犁黄土和古土壤形成环境的差异性分析

通过粒度和元素地球化学分析研究方法,对伊犁盆地昭苏剖面黄土和古土壤形成环境的差异性进行了对比研究。结果发现,伊犁古土壤层中＞30 μm、＞40 μm和＞63 μm等粗粒径组分含量较黄土层稍高,尤其是＞63 μm组分更为显著;伊犁古土壤形成时期,西风环流较强,导致古土壤层中存在大量粗颗粒的近源堆积物,气候存在突变性,是一个环境变化不稳定的时期;而黄土堆积时,西风较弱,气候变化相对稳定;古土壤形成时期虽降水相对较多,但气候较冷,导致其风化成壤作用并不强,而黄土堆积时降水与古土壤形成时期相当或者较少,但由于气候总体较为温暖,风化成壤作用相对较强。不同时期水热组合形式及其各自权重不同均会对伊犁黄土和古土壤风化作用产生不同程度的影响。     

新疆塔城地区黄土沉积的磁学特征及其对古环境变化的指示

西风区黄土沉积序列的磁化率变化特征比较复杂,磁化率与成壤强度之间的相关性在不同的区域环境中具有一定的差异。选取塔城地区黄土剖面作为研究对象进行较为系统的磁学特征分析。结果显示,塔城剖面的磁性矿物主要为磁铁矿、磁赤铁矿等亚铁磁性矿物,同时含有一定量的反铁磁性矿物和顺磁性矿物,磁畴状态主要是多畴（MD）和假单畴（PSD）。成壤作用影响单畴（SD）颗粒磁性矿物的相对含量,而对超顺磁（SP）颗粒的贡献有限。影响地层磁学性质的因素比较复杂,粒度与磁学参数的变化与区域的气候波动具有一定的对应关系。古土壤中磁性矿物浓度的降低以及钙积现象可能反映了成壤时期温暖干燥的气候条件,磁性矿物浓度的变化在一定程度上或许是对区域相对湿度状况的反映。     

云南中甸纳帕海湖泊沉积物的磁化率及环境意义

研究区母岩特性，搬运距离和搬运营力决定了磁性矿物主要赋存在砂砾级颗粒中，纳帕海潮泊沉积物的磁化率与颗粒粒径，沉积相和有机质含量存在密切的相关关系，滨浅湖环境中砂砾级颗粒含量增加以及波浪淘洗对磁性矿物的富集作用，磁化率较高；浅湖环境中粉砂增多，砂减少，磁化率较之滨浅湖有所降低，在低能的半深湖／深湖环境中，由于缺乏磁性矿物的输入，磁化率再次降低，有机质含量很高的湖岸湖环境由于有机质的稀释作用磁化率值最低，磁化率等环境替代指标以及和北半球气候变化阶段，深海氧同位素阶段的对比，将纳帕海近6ka年来划分成6个主要的环境演化阶段，32kaB.P.(14.99m)和15kaB.P.(6.06m)分别是环境和气候变化的重要转折点，32－15ka B.P.期间出现的高湖面表明，虽然大气温度下降但有效湿度增加，全新世湖泊的急剧萎缩预示在大气温度增加的同时有效湿度降低，暖偏于构成了研究区全新世气候演化的特色。     

庐山JL剖面红土磁化率特征及古环境记录

江西九江庐山地区JL剖面红土磁化率测试结果表明:1.典型网纹红土的磁化率远小于弱网纹红土和棕黄色黄土-古土壤,数值上,棕黄色黄土-古土壤是网纹红土的2.33倍.剖面各层段频率磁化率均值变化于10.09％～ 13.71％,且与磁化率显著正相关,表明风化成土作用中形成的超顺磁性颗粒对红土磁性增强具有重要贡献.2.湿润气候和土壤渍水的假潜育环境下铁磁性矿物易于分解、转化、淋失,这可能是导致网纹红土磁化率异常偏小的主因.从而在剖面上磁化率与CIA变化趋势相反,两者峰谷波动又基本一致.3.结合ESR年代,JL红土磁化率沿剖面自下而上分为4个波动式增大的阶段,可与早更新世以来季风环流演变过程中的几个重要转折期对应,记录了大尺度内的古环境变化信息.早更新世以来该区环境湿润程度波动式减弱,气候自中更新世以来由湿热向干冷转变.     

山西襄汾农田土壤磁化率和养分空间变异性

应用地统计学方法研究了山西省西南部襄汾县农田土壤的环境磁学和养分特征。结果表明:土壤低频磁化率、高频磁化率、频率磁化率、pH值、有机质、全氮和全钾平均含量分别为92.54×10-8 m3·kg-1、86.93×10-8 m3·kg-1、6.03%、8.26、1.94%、1.02 g·kg-1和2.39%;变异函数分析显示,土壤低频磁化率的空间相关距离最大为14.33 km,说明在一个较大的距离范围内存在空间相关性;块金系数比为23.41%,说明土壤磁化率主要取决于土壤母质、土壤性质、地形等结构因素。耕作和施肥等人为活动虽对土壤磁化率有一定的影响,但未改变其原有空间结构。本结果揭示土壤磁化率和养分的空间分布规律,为农田土壤环境质量评价和管理提供重要依据。     

近60 a新疆塔城地区不同相态降水时空变化特征

基于1961—2020年9个国家气象观测站逐日资料,采用气候统计学方法分析了塔城地区不同相态降水的时空分布及变化规律,探讨了降水相态的变化成因及其可能影响。结果表明：(1)近60 a塔城地区年平均降水日数88.1 d,其中降雨日数最多,降雪日数次之,雨夹雪日数最少;3种相态降水在空间上呈现地区西北部多、中东部少的分布格局。(2)从不同相态降水日数的月际分布来看,降雨主要出现在4—9月,降雪在11月—翌年3月较多,3—4月和10—11月期间3种相态降水共存。(3)近60 a塔城地区各站不同相态降水的变化趋势存在一定的差异,总体呈现降雨日数增加而降雪日数减少的变化趋势,且降雨量的增速高于降雪量增速,其结果导致雪雨比率以-0.33%·(10a)^-1的速率减小。(4)气温增暖是塔城地区降水相态向多雨化转变的主要原因,同时北极涛动指数(Arctic oscillation index,AO)、北大西洋涛动指数(North Atlantic oscillation index,NAO)以及北半球极涡指数对降水相态的变化也有一定的影响。     

内蒙古嘎顺诺尔湖泊沉积物磁化率与粒度的古环境意义

湖泊沉积物磁化率和粒度已被广泛地应用于古环境和古气候研究,但在不同地区两者的关系不同,一般与磁性矿物来源、种类和赋存粒级有关。查明磁性矿物来源和赋存状态是利用粒度和磁化率恢复古环境的重要基础。通过测定干旱区嘎顺诺尔GXN剖面湖泊沉积物的磁化率与粒度及两者的相关关系,结合代表性样品的岩石磁学特征,揭示此类地区湖泊沉积物磁性矿物来源和赋存状态,探讨它们在干旱区湖泊沉积物中所反映的环境变化信息。结果显示,剖面下部（200~105 cm）和上部（36~0 cm）沉积物磁化率与粗砂含量呈正相关,中部（105~36 cm）与粉砂含量呈正相关,表明磁性矿物主要富集于粗颗粒和较粗颗粒组分中。剖面下部和中部沉积物以顺磁性矿物为主,含少量亚铁磁性矿物（如磁铁矿+磁赤铁矿）,含少量顺磁性矿物;剖面上部沉积物以亚铁磁性矿物为主（如磁赤铁矿+磁铁矿）,含少量顺磁性矿物。根据嘎顺诺尔晚全新世湖泊沉积物剖面的岩性、磁化率和粒度组合特征,可将其划分为河漫滩相沉积（200~105 cm）、浅湖相沉积（105~36 cm）和滨浅湖相沉积（36~0 cm）3个阶段。该湖粒度组分中<4 μm和4~64 μm颗粒主要反映了湖泊水动力的变化,受碎屑物来源和水动力条件的控制;而河漫滩相中>64 μm粗颗粒组分的峰值是风力作用的结果。河漫滩相及滨浅湖相的磁化率高值则指示了湖面较低,水动力较强,有较多的磁性矿物随粗颗粒入湖;浅湖相的磁化率低值则指示该时期湖面较高,水动力较弱,磁性矿物随入湖粗颗粒含量的减少而降低。