黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物记录的古气候信息

2016-10-10陈雨

地球 2016年5期

关键词：磁学古气候磁化率

■陈雨

（兰州大学甘肃兰州730000）

黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物记录的古气候信息

■陈雨

（兰州大学甘肃兰州730000）

本文笔者将以黄土沉积物和次生细粒强磁场矿物记录为出发点，简述研究黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物记录的古气候信息的方法，阐述其研究结果，以供相关人士参考。

黄土沉积物次生细粒强磁性矿物记录古气候信息

0 前言

由于黄土沉积物的特殊性，得到古气候工作者的广泛关注，其中，黄土磁性地层学与黄土环境磁学研究是推动黄土古气候学发展的重要力量。本文将结合具体区域，探究黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物记录的古气候信息。

1 黄土沉积物

黄土，即基于干燥气候条件作用下，形成的具有多孔性和柱状节理的黄色粉性土。针对湿陷性黄土，在受水浸湿后，会出现大面积的沉陷。黄土，亦被称之为黄泥土、黄泥巴、大黄土等。黄土沉积物，属于沉积物的一种，不成层的垆坶沉积物，其颗粒大小处于粘土和细砂之间，一般为浅黄色或黄褐色，北美、欧洲以及亚洲分布较多。一般情况下，风沉积是形成黄土沉积物的主要方式，其钙质常涉及贝壳、牙齿以及骨骼等，部分黄土中蕴含氧化铁结核。

2 次生细粒强磁场矿物记录

黄土沉积物中古土壤磁化率增强模式成为相关学者和专家研究的重点。至今，环境磁学、微形态学以及地球化学均对磁化率与古气候关系的研究具有一定的辅助性作用，致使学者已建立大量的磁化率增强模型，其相关参数也得到学术界的接受和认可。

目前，磁化率与黄土成壤过程的关系得到初步认可，但磁化率受成壤过程中的哪类因素影响仍未得到有效解决。黄土沉积物具有质地均一、矿物组成结构相似以及植被组合单一等基本特征，温度与降水则成为影响成壤过程的关键因素。基于磁化率作用下，探究古气候演化情况，诸多学者认为古温度与古降水均可能对其造成影响，但终究无确凿定论。

3 研究方法

为探究磁化率的古气候含义，需明确磁性矿物的磁化率与成壤过程的具体关系，在此基础上，剔除无关部分。磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿以及针铁矿是黄土沉积物中的四大磁性矿物。由于磁铁矿与磁赤铁矿的单位质量磁化率明显高于赤铁矿和针铁矿，因此，黄土沉积物磁化率以磁铁矿与磁赤铁矿的含量为基准。相较而言，基于常温下，磁铁矿与磁赤铁矿的磁学特征大致相同，以磁晶体粒径为划分依据，可将其分为SP、SD、PSD以及MD等，具体而言，如表1所示。

表1 常用环境磁学参数

其中，PSD与MD颗粒较粗，是基于物理风化作用下形成的，其与沉积后的成壤过程并无较大关系。然而，SP与SD颗粒较细，属于次生矿物范畴，其与成壤强度关系密切。鉴于此，本文取SP与SD颗粒磁铁矿和磁赤铁矿含量的磁化率为研究对象，分析其与温度、降水将的关系。

本次研究区域内蕴含大面积的黄土沉积物，且河流阶段和山前低山区为主要聚集地，700-1800m为海拔高度。以空间反相位变化为依据，该地区温度与降水与黄土高原的整体格局存在一定差异。鉴于此，本文将研究该地区的黄土沉积物磁学特征变化规律，对次生磁性矿物的古气候意义进行探究。

旅游业与牧业是研究区域经济发展主要模式，人烟稀少，黄土沉积物受到工业与农业的污染相对较少。为保证研究的准确性，本次研究以深度为2-5cm处的黄土沉积物为主，待采集后，将其放置于实验室风干，且利用玛瑙研钵将其磨成粉状，并将适量的样品放入正方体盒中，且压实。xlf与xhf以MS2型磁化率仪测定的为标准，利用交变退磁仪和小旋转磁力仪对ARM进行测量，以100mT为直流场，而0.05mT为交变场，对xARM进行计算。采用MMPM10磁力仪和小旋转磁力仪对IRM和SIRM进行测量，且将SIRM施加的强磁场设置为1T。在VFTB居里称的作用下，得到J-T曲线与loops曲线。

4 研究结果

磁铁矿与磁赤铁矿是黄土沉积物的主要载磁矿物，因此，两者的信息可见于常规磁学参数中。实践证明，不存在直接反映黄土沉积物中次生磁铁矿和磁赤铁矿总量的磁学参数，但可利用部分粒径内磁性矿物含量推导出总量。一般而言，基于470Hz频率下所得的磁化率和4700Hz频率下所得的磁化率，两者间的差值计算出xfd，是SP/SD过渡带磁铁矿和磁赤铁矿含量的反映。xfd值位于0-14× 10-8m3·kg-1区间内，而xARM值处于0-700×10-5Am2·kg-1，由此证明，不同海拔区间内的SP与SD磁铁矿与磁赤铁矿含量存在较大的变化范围。而xfd%位于1%至9%之间，xARM/SIRM位于10× 10-5-50×10-5mA-1区间内，由此证明，不同样品中的组成磁性矿物的差异较大。与此同时，海拔不断升高，各参数随之增大，且具有相关系数高的特点，由此可见，细粒磁铁矿与磁赤铁矿的总量与强性矿物质均呈增加趋势。