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高新勃等-QSR:成壤过程中赤铁矿生成的主控气候要素
2018-05-08 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

       古气候要素的定量重建是古全球变化研究的重要方向,土壤磁学性质与气候之间具有密切的联系,在进行古土壤古气候要素定量重建方面具有很大的潜力。过去学术界对我国北方黄土-古土壤序列的土壤磁学性质开展了大量的研究,在定性-半定量古气候重建上取得了重要进展。近年来很多学者对土壤磁学的兴趣从亚铁磁性矿物转向赤铁矿等不完全反铁磁性矿物,并将世界不同地区土壤中与赤铁矿含量相关的指标与古降水相联系,这与土壤赤铁矿的早期研究认识和实验室观测结果存在明显的矛盾。中国北方的黄土-古土壤序列包含了上百层古土壤层,是研究东亚季风区古增温及其环境后果的理想材料,厘定黄土高原地区黄土-古土壤序列中赤铁矿与气候要素之间的定量-半定量关系具有格外重要的意义。

       为此,中科院地质地球所新生代地质与环境院重点实验室季风系统演化课题组博士研究生高新勃在导师郝青振研究员和合作者的指导下,对黄土高原及其周边地区179个现代土壤样品(图1)进行了系统研究,利用沉降法将成壤来源与碎屑来源的磁性矿物分离并进行磁学性质测量,进一步结合现代气候要素进行数理统计分析,同时开展赤铁矿和亚铁磁性矿物与气候要素之间的关系研究,在黄土高原地区成壤过程中赤铁矿生成与气候要素的关系上取得了新进展,主要认识如下:

1. 进一步明确了在沉降法中以4µm为界可以有效的将成壤来源和碎屑来源的磁性矿物进行分离,成壤来源的磁性矿物主要赋存在<4m粒级中。通过对比发现全岩样品的磁性测量中,与亚铁磁性矿物含量有关的磁学指标主要受成壤组分控制,而与反铁磁性矿物有关的指标同时受成壤和碎屑来源组分的共同控制。
2. 揭示出黄土高原地区土壤中赤铁矿生成的主控气候要素为年均温度,表征赤铁矿含量变化的高场等温剩磁(HIRM和Hard100mT)与年均温度之间具有较强的相关关系,而亚铁磁性矿物的生成主要受控于年均降水量的变化(图2) 。

图1 黄土高原及其周边地区179个现代土壤样品点位

图2 黄土高原地区表土成壤组分(<4µm)中赤铁矿、亚铁磁性矿物与气候要素之间的关系

     该研究明确了黄土高原地区成壤过程中赤铁矿生成的气候控制因素,为利用黄土-古土壤序列进行东亚季风区古温度的定量重建提供了新的可能。以上研究成果近期发表于国际著名地学期刊Quaternary Science Reviews (Gao et al. The different climatic response of pedogenic hematite and ferrimagnetic minerals: Evidence from particle-sized modern soils over the Chinese Loess Plateau. Quaternary Science Reviews, 2018, 179: 69-86)。

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