中国与西伯利亚黄土磁化率古气候记录-氧化和还原条件下的两种成土模式分析

近20多年来随着中国黄土深入研究,揭示了中国黄土地层磁化率与成土古气候温湿程度基本成正比例关系,黄土地层磁化率也因此成为一个重要的古气候参考指标在第四纪古气候研究中,不仅在黄土堆积物而且也在湖相和海相沉积物中广泛应用.但是中国黄土地层磁化率与古土壤成壤强度(古气候温湿程度)呈正比的模式却不是到处都适用,黄土高原的周边地区就有不少例外的报道.而西伯利亚和阿拉斯加黄土则显示出另一极端的情形,一个完全相反的磁化率特点:在气候干冷期的黄土层获高值,而在气候温湿期的古土壤层获低值.过去的研究一直认为,其磁化率主要是反映古风力大小的变化,与成土作用基本无关.磁学测量研究发现,西伯利亚黄土和古土壤的差别,不仅有颗粒从大到小的变化,而且还有矿物组分变化:如磁赤铁矿从多到少,最后完全消失并取而代之出现了完全不同热磁行为的另一种矿物.这种矿物相变现象难以用单纯的风力强弱来解释.说明中国黄土和西伯利亚黄土可能存在两种不同的机制模式:中国黄土高原大部分处于蒸发量大于降雨量的干旱氧化环境,适当的水分或降雨有利于细小的磁铁矿和磁赤铁矿的形成,使得磁化率与古气候呈正比.而西伯利亚以及相应的高纬度地区,地理上属苔原或苔缘地区,湿润是该区域基本特点.间冰期更加温湿的气候使其湿润增加以致过剩,导致地表成土环境向还原方向移动.它使得喜氧化的强磁性矿物磁赤铁矿和磁铁矿渐趋不稳定,并逐渐转化形成适合其还原环境的弱磁性矿物如褐铁矿或其他铁的硫化物.间冰期气候越潮湿,还原程度也越高,强磁性矿物就被损耗得越多.正是这种高纬度的成土作用可能是导致其古土壤磁化率比黄土更低的主导因素之一.

Two pedogenic models for paleoclimatic records of magnetic susceptibility from Chinese and Siberian loess

The magnetic susceptibility (MS) of Chinese loess showing a general proportional relationship to pedogenic grade has been widely recognized and used for reconstruction of paleoclimate by Quaternary scientists. The in-situ pedogenic enhancement of ferrimag