近日，中國科學院青藏高原研究所新生代環境團隊首次全面系統從巖石磁學角度對比研究了雲南始新世地層中的火山巖、火山凝灰巖和沉積巖。發現低溫頻率磁化率參數可作為捕捉雲南地區火山灰的有效指標。相關成果於近日在線發表於《地球物理研究：固體地球》上，
火山噴發是地球上的重大地質災害之一。一些火山噴發出的火山灰高達幾十公裡，直抵平流層，可影響天氣變化，火山灰形成的降塵也會給當地民眾造成極大的生活困難。
「但火山灰是『診斷』地球地質歷史時期古老地層絕對年齡的最佳材料之一，而地層的絕對年齡又是破譯地球系統演化的關鍵密碼。」論文通訊作者、中國科學院青藏高原研究所顏茂都研究員告訴記者。
火山灰由火山噴發的微小碎屑顆粒組成，顆粒極細的火山灰顆粒可小於125 微米，與細顆粒碎屑沉積物形態特徵相近。因此，僅有小部分由大量火山灰固結形成的火山凝灰巖可在野外觀察中識別出，而大部分沉積地層中所含的火山灰難以憑肉眼直接鑑定。
已有研究表明，由於缺乏火山巖的放射性同位素年代限定，近年來青藏高原內外許多新生代地層的年代出現了爭議，很大阻礙了青藏高原構造和古氣候演化的認識。而識別地層中的火山灰來定年是解決當前爭議的當務之急。
那麼，如何捕捉古老地層中的火山灰信號？
過去，科學家將野外採集的疑似火山灰樣品帶回實驗室，並試圖通過火山玻璃進行識別。火山玻璃作為火山噴發出的碎屑產物之一，是一種迅速冷卻尚未結晶的玻璃質固體顆粒。然而，火山玻璃的提取和鑑定實驗耗時長且價格昂貴，並不適合廣泛推廣。
顏茂都介紹，火山噴發物質含有大量磁性礦物，它們常以填隙物或包裹體的形式存在於火山灰中，不易被環境破壞，與普通碎屑沉積巖可能存在不同。「因此，可以考慮利用快捷便宜的巖石磁學方法去識別火山灰。」
究竟哪種巖石磁參數捕捉火山灰最靈敏、有效？
2013年起，顏茂都及其合作者多次赴雲南劍川和曲靖考察。
在雲南省曲靖市霑益縣，研究人員發現了距今3500多萬年前的始新世河流與湖泊成因的沉積地層，其中含有厚度多達3米的灰白色厚層火山凝灰巖。在劍川縣的雙河煤礦附近發育的同期河湖相沉積地層中，也含有多層火山巖。經過詳細的調研、討論和採樣，研究人員決定通過構建「火山巖—火山凝灰巖—沉積巖」的對比序列，尋找可以識別地層中火山灰的最靈敏和有效的巖石磁學參數。
「針對這三類樣品，我們從磁性礦物的種類、含量和粒徑三個方面開展了系統的巖石磁學參數對比研究，結合巖相學、地球化學等方法，探究了火山灰區別於沉積巖最顯著的巖石磁學特徵。」論文第一作者、中國科學院青藏高原研究所在讀博士研究生申苗苗說。
研究發現，在相關大量磁學參數中低溫頻率磁化率參數顯示火山巖和火山凝灰巖含大量的超細磁性礦物，而大多數沉積巖則缺乏這一特徵。
這意味著，低溫頻率磁化率參數可以作為捕捉雲南地區火山灰的有效指標。同時，該指標所需樣品前處理簡單、測試快速，相比於利用火山玻璃的鑑別方法，大大提高了實驗室識別火山灰的效率。
研究人員表示，該研究為雲南地區甚至其他地區地質歷史時期古老地層的火山灰年代學研究提供必要的巖石磁學支撐，對深入認識青藏高原東南緣的構造和印度季風演化等重大科學問題具有重要意義。
相關論文信息：http://dx.doi.org/10.1029/2019JB017946
劍川盆地中性火山巖顯微照片，不透明磁性礦物屬金屬礦物，在顯微鏡單偏光下呈黑色，在反射光下呈亮灰色
劍川盆地風化狀火山巖（粗面巖）
在雲南曲靖考察始新世巨厚火山凝灰巖
科研人員在雲南劍川盆地火山巖考察
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