南海西北部16 kaBP以来沉积物的环境磁学特征及其物源指示意义

南海是西太平洋最大的边缘海,对东亚季风和全球气候变化具有敏感的响应,然而目前对南海沉积物的物源分析仍存在众多争议。对南海琼东南盆地SCS-02孔的沉积物样品进行了系统的磁学分析,旨在通过环境磁学参数追踪沉积物的来源。结果表明,SCS-02岩芯的磁性矿物主要为磁铁矿和赤铁矿。自16 kaBP以来,磁性矿物的粒径和成分发生了系统变化,指示了沉积物源-汇过程的改变。15.5~16 kaBP期间,磁化率较高,粒径较粗,矫顽力也较高。海平面比现今低100多米,莺歌海出露于海平面以上,古红河口距研究区较近,红河的物质可以较容易到达沉积区,因此该时期红河贡献较大,珠江和台湾贡献较小。7.5~15.5 kaBP期间,随着海平面的迅速上升,磁性矿物组成和粒度发生了变化,总的磁性矿物含量减少,磁铁矿的含量逐渐增加,粒度变细,表明随着海平面的升高,珠江和台湾的贡献有所增加。7.5 kaBP以来,现代的海陆格局基本形成,磁性矿物组成和粒度变化较稳定,沉积物主要来源于红河和珠江。因此,环境磁学参数可以指示南海西北部沉积物的源-汇变化,为海平面变化和气候演化研究提供有效参考。

铅锌矿区耕地重金属污染土壤环境磁学监测方法研究

用环境磁学方法对甘肃徽县铅锌矿区典型耕地污染土壤、自然土壤和修复土壤进行监测研究,结果表明:污染土壤的磁化率(χ_(lf))与频率磁化率(χfd)呈显著的负相关,表明污染土壤磁性增强主要由铅锌矿厂在选矿冶炼过程中释放的含铁矿物所致;污染土壤χ_(lf)值在0 cm~30 cm深度范围内最高,污染严重;χ_(lf)值在30 cm~60 cm深度范围内明显降低,污染程度减弱;在60 cm~70 cm深度范围内与自然土壤的χ_(lf)值接近,污染基本消失。土壤污染程度随深度增加而降低,污染深度范围为0 cm~60 cm;从污染土壤、修复土壤到自然土壤χ_(lf)值依次降低,且污染土壤χ_(lf)值与重金属元素Pb、Zn等的变化趋势一致。

环境磁学及其在西北干旱区环境研究中的问题

环境磁学是一门新兴交叉学科,它介于磁学、地学和环境科学之间,主要利用矿物和岩石磁学技术,研究环境中磁性颗粒的风化、剥蚀、搬运、沉积和转化受环境变化影响的过程,为全球环境变化和气候过程研究提供代用指标,环境磁学技术在各种环境研究中得到了广泛应用。文中在简要介绍环境磁学原理和方法的基础上,就目前环境磁学在土壤、黄土、沉积物和大气尘埃等方面研究状况进行了阶段性总结。环境磁学参数在干旱和半干旱地区黄土气候和环境记录重建研究中取得了重大进展,但仍存在较大争议。黄土地层中经常使用的磁化率其粉尘贡献到底有多大?磁学参数在季风区和西风区表现迥异,原因何在?不同粉尘源区的环境磁学参数是否存在较大差异?哪些磁学参数适用于干旱区气候与环境重建?这些问题既是国际学术界亟待解决的重大科学问题,也是环境磁学应用在干旱半干旱区环境研究中所面临的主要问题。深入研究提供黄土物质的干旱半干旱地区现代环境磁学过程或许对解决上述问题具有重要的启示意义。

近7000年巢湖沉积物环境磁学特征及其指示的亚洲季风变化

利用巢湖ACN钻孔,通过多参数磁性测量、粒度和AMS14C测年分析,探讨了近7000年以来巢湖沉积物磁性特征变化及其控制因素,并进而探讨了其对亚洲季风变化的指示意义。研究结果表明,ACN钻孔磁性特征由磁铁矿主导,其变化主要受沉积动力环境控制,间接反映了流域降水的变化。总体上粘土含量高的沉积物中磁性矿物含量较低、颗粒较细,形成于高湖泊水位环境,对应了降水量高的时期;而>32μm组分含量高的沉积物磁性较强、颗粒较粗,形成于低湖泊水位环境,对应了降水量低的时期。巢湖ACN的磁性记录(尤其是ARM/和ARM/SIRM两个参数)揭示了近7000年以来巢湖流域降水具有减少的趋势,导致湖泊收缩和沉积物中磁性矿物颗粒变粗。在这一长期变化的基础上,还存在6000aB.P.,5500aB.P.和3800aB.P.附近的显著干旱事件。这一磁性记录与中国东部地区的石笋、湖泊等记录可以很好地对比,是亚洲季风演变的区域响应结果。

长江中下游第四纪沉积物发育土壤磁性增强的环境磁学机制

对长江中下游第四纪沉积物 (Q3 黄土 ,Q2 红土和Q3 红土 )发育土壤的磁性增强现象及其物理机制进行了讨论。结果表明 :(1)铁磁性矿物是土壤磁性的主要载体 ,它们是成土过程中形成的稳定单畴 (SSD)和超顺磁性 (SP)态的次生磁性矿物 ,没有显示重要的反铁磁性矿物的贡献 ;(2 )土壤磁化率 (χ)的高低与成土过程产生的稳定单畴和超顺磁性颗粒呈极显著正相关 ,指示了风化成土作用的强度 ,磁化率可作为反映成土环境变化的代用指标 ;(3)频率磁化率 (χfd) 5 %可作为土壤中的超顺磁性颗粒存在与否的临界值 ,土壤 χfd值的高低同样反映了风化成土作用的强度 ,可用作研究第四纪环境变化的有用工具之一。

环境磁学某些研究进展评述

环境磁学是应用岩石磁学和矿物磁学技术去恢复环境过程、重塑环境演化历史的一门边缘科学。沉积环境中磁性矿物的形成、搬运、沉积和演化受气候变化和环境过程的控制 ,因此 ,岩石和矿物磁学性质可作为环境变化和气候过程的代用指标。环境磁学能为全球环境变化、气候过程研究提供有价值的资料。鉴于环境磁学方法在古环境和古气候研究中的重要作用 ,本文对当前黄土、湖泊沉积物和海洋沉积物环境磁学研究的一些进展作简要评述。

中国黄土环境磁学

中国陆相风成沉积序列蕴含了晚新生代以来丰富的古地磁场和古气候信息。第四纪黄土-古土壤序列的岩石磁学性质可以揭示第四纪亚洲内陆地区干旱化过程和东亚古季风演化历史以及末次冰期-间冰期旋回的气候不稳定性特征。文章主要评述近年来中国黄土环境磁学研究所取得的一系列重要进展,同时提出目前需要深入研究的几个重要问题,如成土作用对黄土沉积物沉积剩磁的影响、微生物对磁性矿物的改造、亚洲内陆地区气候过程和环境演变的磁气候学记录等。

环境磁学反映的藏南沉错地区1300年来冷暖变化

通过藏南沉错湖芯的2 10 Pb和13 7Cs的测试 ,获得湖芯的平均沉积速率为 0 .1 6cm a。根据湖芯长度和分样间距 ,获得平均分辨率为 6～ 7年 ,长达 1 3 5 0年的连续湖芯环境序列。对湖芯样品磁学指标的低频磁化率 (χlf)、等温剩磁 (IRM)、饱和等温剩磁 (SIRM)、非滞后剩磁(ARM)等指标及其比值的测试 ,划分了 6 5 0A .D .以来沉错湖区的冷暖变化阶段和相对强度。结果表明 ,6 90～ 86 0A .D .和 1 1 2 0～ 1 3 2 0A .D .分别出现两个相对集中的暖期 ,每个暖期中间又具有相对寒冷时段。1 5 2 0～ 1 6 5 0A .D .出现寒冷时段之后 ,1 82 0A .D .左右直至现在环境又逐渐进入转暖时期。在 3个暖期中 ,以 1 2 2 0A .D .前后的温暖程度最强 ,而冷期中以 1 6 1 0～1 6 5 0A .D .达到最盛。沉错湖区冷暖环境的演变得到了其他资料的很好验证。

环境磁学理论、方法和研究进展

环境磁学是一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的边缘科学。环境磁学可提供大量有关区域或全球环境变化及人类活动对环境影响等的重要信息 ,其研究范围迅速扩大 ,已成为当今地学前沿学科之一。本文在简述了环境磁学的理论和方法的基础上 ,介绍了环境磁学中几个主要研究领域如古气候与古环境变化、土壤学和环境污染研究等方面所取得的进展 ,指出了环境磁学研究中存在的不足之处 ,并提出了近年来环境磁学的一些新的发展趋势 :①加强磁信息与地质记录之间的定量研究 ;②利用磁信息加强应用研究 ;③环境磁学与地球化学方法密切相结合 ;④建立全球磁数据库。

兰州市大气降尘环境磁学特征研究

应用环境磁学方法系统研究了兰州市区大气自然降尘的磁学特征(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:兰州市大气降尘中磁性矿物含量较高,磁参数的贡献主要来自磁铁矿和磁赤铁矿,磁性矿物的粒度较粗,为准单畴颗粒;兰州市大气污染严重,磁化率等磁学参数较好地反映了兰州市大气污染状况;兰州市空气污染防治近年来已取得了一定成效,空气质量有了较大改善,冬季污染在逐年减轻,而夏季污染变化不大。环境磁学作为一种简单、快速且无破坏性的研究手段,可以为城市污染防治研究提供许多有价值的信息。

环境磁学在古气候环境研究中的回顾与展望

基于磁性矿物的性质变化能敏感记录现在和地质历史时期的气候环境变化信息,环境磁学方法能鉴别环境演化过程中磁性物质在大气圈、水圈和岩石圈中运移、沉积和转化的过程,系统介绍了沉积物中磁性矿物的特征和鉴别方法以及主要的环境磁学参数和意义,着重回顾了环境磁学在以黄土、湖泊和海洋沉积物为载体的古气候环境研究中的应用及其取得的重要进展,指出了环境磁学在古气候环境研究过程中要加强多磁学参数综合应用,促进地质记录和磁学指标之间的定量研究,有利于理解不同沉积物的磁性矿物特征和环境变化过程的相关关系。同时强调沉积物还原成岩作用过程的环境磁学研究是目前以至今后发展的一个重要方向。

中国第四纪黄土环境磁学研究进展

中国黄土分布广泛、沉积连续性好 ,是进行磁性地层研究和重建古环境、恢复古气候的理想材料。中国黄土高原黄土—古土壤序列的环境岩石磁学性质详细地记录了 2 .5Ma BP以来古气候和古环境变化的信息 ,尤其是黄土和古土壤的磁化率作为很好的气候代用指标已得到广泛应用。古土壤磁化率增强成因机制一直在争论中 ,其中 ,与气候变化关系密切的成壤作用对古土壤磁化率增强起主导作用的观点已被普遍接受 ,目前利用不同方法建立了磁化率气候转换函数 ,从而使重建古降水量和古温度成为可能。

天山北麓黄土环境磁学特征及其古气候意义

新疆黄土-古土壤序列环境磁学参数的变化机理及其气候意义仍存在争议.本文选择天山北麓的中梁黄土剖面,系统开展了低温和常温下环境磁学参数的测试与研究,测量包括室温的磁化率与饱和磁化强度,以及磁化率与饱和剩余磁化强度的低温变化.结果发现,该剖面黄土和古土壤样品的磁性矿物主要由磁铁矿与磁赤铁矿组成,不含任何粒级成壤形成的超顺磁矿物颗粒,其磁化率信号主要记录了粉尘磁性矿物含量变化,较高的磁化率指示较强的风动力状况或者较近的风尘源区,新疆黄土的这种环境磁学"风尘输入模式"可用来重建干旱区的风动力强弱变化.

中国西北地区典型钢铁工业城市表土重金属污染的环境磁学响应

以嘉峪关市为研究靶区,系统采集城区表土样品58件,对其进行环境磁学和重金属元素(Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、V、Zn、Fe)质量分数分析。结果表明:嘉峪关市表土以低矫顽力磁铁矿为主导,磁晶粒度以较粗的假单畴(PSD)和多畴(MD)颗粒为主;城区表土亚铁磁性矿物浓度和磁性颗粒大小远高于国内综合型大城市表土;市区反映磁性矿物含量的参数呈现出以酒钢厂和废渣场为中心的高值区域,并随着污染源距离的增加向周围递减;嘉峪关市表土重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、V、Zn、Fe质量分数与反映磁性矿物含量的参数具有显著共变性,二者的高值分布与反映磁晶粒度参数的高值分布成盈缺呼应关系。然而嘉峪关市土壤母质磁性颗粒本底值较粗,与污染土壤特征相似,因此对西北地区而言,亚铁磁性矿物浓度相对磁晶粒度可以更好地指示钢铁厂周边土壤重金属的污染程度。

长江与黄河河口沉积物环境磁学特征及其对比研究

对采自长江现行主河道和黄河入海口处的表层沉积样品进行了环境磁学参数的测量和对比研究。结果表明:长江和黄河河口沉积物的磁性载体主要是亚铁磁性物质,亚铁磁性矿物晶粒以假单畴-多畴为主,同时亦有超顺磁晶粒的存在;长江河口沉积物的磁性明显强于黄河河口沉积物,特别是质量磁化率、非磁滞剩磁及饱和等温剩磁,两者相对偏差在40%以上;在粗粒级沉积物(>0.063 mm)中,长江河口沉积物的磁化率与全样磁化率平均值差别较小,在4%左右;黄河河口沉积物差别很大,可达34%。两者的差别反映了长江和黄河沉积物中磁性矿物赋存方式的差异;长江和黄河河口沉积物磁性特征的差异与两者粒度特征对比明显。长江和黄河河口沉积物的这些磁学方面的差别是源岩特征和气候环境差异上的反映,可以作为判别两者物源的有效示踪剂。

乌鲁木齐城市表土重金属污染的环境磁学记录

通过对乌鲁木齐市85件表土磁性特征和重金属质量分数的分析,探讨了乌鲁木齐市土壤的磁性特征及其对重金属污染的响应.结果表明:乌鲁木齐城市表土样品的磁性特征以低矫顽力亚铁磁性矿物为主导,磁化率值远高于背景值;磁化率值>300×10^(-8)m^3/kg的范围与PLI>2的圈定范围基本一致,显示磁化率对于圈定城市表土重金属污染范围具有独特的优势.由于工业污染与交通污染的差异性,在运用磁化率对综合性城市的土壤重金属污染进行监测时,应首先对不同的功能区进行必要的区分,建立针对不同类型污染的磁化率评价指标体系.

发育于石英岩之上的表土磁学性质及其环境磁学意义

通过对石英岩及发育于石英岩之上表土的磁化率(χ)、频率磁化率(χfd)、等温剩磁(IRM)、非磁滞剩磁(ARM)、κ-T曲线等磁学参数测定和石英岩显微镜下观察,结果表明,石英岩中磁性矿物含量极少;表土中含磁铁矿、磁赤铁矿、铁的氢氧化物等磁性矿物,磁性矿物主要以稳定单畴(SSD)和超顺磁性颗粒(SP)形式存在,磁赤铁矿是石英岩在成土过程中形成的次生矿物。表土磁性增强,说明石英岩的磁性对表土磁性影响甚小,而成土作用对表土磁性增强起到了重要作用。表土的磁化率值和磁赤铁矿含量都反映了成土作用的强弱。

环境磁学研究的简介

本文概述了环境磁学研究方法的基本问题、原理和应用，并提出了环境磁学存在的问题和发展的方向。

大同盆地高砷地下水系统沉积物环境磁学特征

为了研究高砷含水层沉积物中砷与磁性矿物的关系,对大同盆地高砷地区含水层钻孔样品进行了环境磁学和地球化学分析,结果表明亚铁磁性矿物是决定含水层沉积物磁性特征的主要磁性矿物.通过对比砷和磁性参数在垂向上的变化趋势发现,高砷含量往往对应着低的饱和等温剩磁(SIRM)值,揭示出砷和顺磁性矿物之间也存在联系.沉积物砷含量与磁性参数的相关系数均小于0.5(α=0.05),表明砷和亚铁磁性矿物及不完整反铁磁性矿物之间不存在明显的联系.在所有磁性参数中磁化率(χ)和砷含量之间相关性最显著,相关系数均在0.4(α=0.05)左右,低的相关系数与亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物对顺铁磁性矿物的稀释有关.该地区高砷地下水的形成可能与水铁矿及纤铁矿等砷的赋存矿物在还原条件下的还原溶解有关.

南极15ka以来海洋沉积物的环境磁学研究

通过对东南极普里兹湾陆坡区ＮＰ９５－１及西南极长城湾ＮＧ９３－１两柱样系统的环境磁学研究，获得了南极地区１５．０～５．５ｋａＢ．Ｐ．以来的古气候变化序列。结果表明，磁学参数较好地记录了古气候变化及沉积环境变化的信息。ＮＰ９５－１柱样较好地记录了Ｈｅｉｎｒｉｃｈ１事件、新仙女木事件以及波令－阿罗德暖期，其中Ｈｅｉｎｒｉｃｈ１事件发生于１４．３ｋａＢ．Ｐ．，新仙女木冷期为１１．７～１０．３ｋａＢ．Ｐ．，１０．３ｋａＢ．Ｐ．以后，南极地区进入全新世。在全新世，两柱样记录了在１０．０ｋａＢ．Ｐ．及６．０ｋａＢ．Ｐ．前后两个暖期，其间夹有小幅气温下调的时段；６．０ｋａＢ．Ｐ．后，两柱样均有气候颤动变冷的记录。