地質地球所揭示青藏高原和黃土高原黃土/古土壤序列的磁性特徵
2020-12-05 中國科學院地質地球所揭示青藏高原和黃土高原黃土/古土壤序列的磁性特徵
2015-02-02 地質與地球物理研究所
語音播報
中國黃土高原黃土/古土壤序列在重建古氣候變化和季風演化史上取得的重大成功，使得黃土/古土壤序列的古氣候意義受到了學術界的廣泛關注。環境磁學作為重要的研究手段，成為反演黃土古氣候信息的有力武器。然而，如何正確解譯黃土磁學參數的環境意義以及磁性與環境信息的耦合關係是否一成不變都是該領域最基本和最難解決的問題。
中國科學院地質與地球物理研究所特提斯研究中心博士生胡鵬翔及其導師劉青松研究員同其他合作者首次對同時期黃土高原中部和青藏高原東部川西黃土沉積進行了多領域交叉研究和對比研究，提出了影響黃土磁性環境因子的新證據。
稀土元素和粘土礦物的研究表明，不同於黃土高原黃土，川西黃土物源來自於青藏高原內部，物源的不同改變了背景磁性礦物的種類、含量和粒徑，但並不是整體磁學特徵的主導因素。相比之下，土壤水分平衡，即降水量、潛在蒸發量之間的動態平衡是影響黃土/古土壤磁學性質的主要因素。自土壤水分模型提出以來，該研究團隊首次將該模型應用到實際剖面的對比研究中，並結合實驗數據提出了有針對性的解釋。川西黃土相對於黃土高原黃土具有更高的年均降水量和更低的潛在蒸發量，因而土壤溼潤度更高，促進了亞鐵磁性礦物向赤鐵礦的轉化，使得川西黃土剖面呈現整體磁性較弱的特點（圖1）。此外，川西剖面在黃土層位還記錄了納米級次生磁性礦物的最初生長（圖2）。溼潤的成土環境，較高的有機質含量和鋁含量有助於川西黃土形成更細的超順磁磁性顆粒（圖3）。
該成果近期發表於國際地學期刊Earth and Planetary Science Letters（Hu et al. Soil moisture balance and magnetic enhancement in loess–paleosol sequences from the Tibetan Plateau and Chinese Loess Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 2015, 120-132）。
圖1 川西和洛川黃土的土壤水分平橫模型。(a) 川西黃土在大部分月份降水量大於潛在蒸發，土壤溼潤度較高，年磁性增強指數低；(b) 洛川黃土在大部分月份降水量和蒸發量匹配，土壤溼潤度較低，年磁性增強指數高。
圖2 川西和洛川黃土剖面磁化率(非磁滯剩磁和飽和等溫剩磁和頻率磁化率的相關關係)。圖中紅色方框指示了川西黃土在頻率磁化率開始增加階段，磁化率和剩磁參數並不隨之增加的『平臺』。該平臺實際上記錄了川西黃土次生磁性礦物生成的初始階段，即：磁性顆粒粒徑分布改變而含量未大幅度增加的階段。
圖3 川西和洛川黃土超順磁顆粒的粒徑分布圖。圖中川西黃土超順磁顆粒分布較窄，且峰值對應粒徑較小。
中國黃土高原黃土/古土壤序列在重建古氣候變化和季風演化史上取得的重大成功，使得黃土/古土壤序列的古氣候意義受到了學術界的廣泛關注。環境磁學作為重要的研究手段，成為反演黃土古氣候信息的有力武器。然而，如何正確解譯黃土磁學參數的環境意義以及磁性與環境信息的耦合關係是否一成不變都是該領域最基本和最難解決的問題。
中國科學院地質與地球物理研究所特提斯研究中心博士生胡鵬翔及其導師劉青松研究員同其他合作者首次對同時期黃土高原中部和青藏高原東部川西黃土沉積進行了多領域交叉研究和對比研究，提出了影響黃土磁性環境因子的新證據。
稀土元素和粘土礦物的研究表明，不同於黃土高原黃土，川西黃土物源來自於青藏高原內部，物源的不同改變了背景磁性礦物的種類、含量和粒徑，但並不是整體磁學特徵的主導因素。相比之下，土壤水分平衡，即降水量、潛在蒸發量之間的動態平衡是影響黃土/古土壤磁學性質的主要因素。自土壤水分模型提出以來，該研究團隊首次將該模型應用到實際剖面的對比研究中，並結合實驗數據提出了有針對性的解釋。川西黃土相對於黃土高原黃土具有更高的年均降水量和更低的潛在蒸發量，因而土壤溼潤度更高，促進了亞鐵磁性礦物向赤鐵礦的轉化，使得川西黃土剖面呈現整體磁性較弱的特點（圖1）。此外，川西剖面在黃土層位還記錄了納米級次生磁性礦物的最初生長（圖2）。溼潤的成土環境，較高的有機質含量和鋁含量有助於川西黃土形成更細的超順磁磁性顆粒（圖3）。
該成果近期發表於國際地學期刊Earth and Planetary Science Letters（Hu et al. Soil moisture balance and magnetic enhancement in loess–paleosol sequences from the Tibetan Plateau and Chinese Loess Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 2015, 120-132）。
圖1 川西和洛川黃土的土壤水分平橫模型。(a) 川西黃土在大部分月份降水量大於潛在蒸發，土壤溼潤度較高，年磁性增強指數低；(b) 洛川黃土在大部分月份降水量和蒸發量匹配，土壤溼潤度較低，年磁性增強指數高。
圖2 川西和洛川黃土剖面磁化率(非磁滯剩磁和飽和等溫剩磁和頻率磁化率的相關關係)。圖中紅色方框指示了川西黃土在頻率磁化率開始增加階段，磁化率和剩磁參數並不隨之增加的『平臺』。該平臺實際上記錄了川西黃土次生磁性礦物生成的初始階段，即：磁性顆粒粒徑分布改變而含量未大幅度增加的階段。
圖3 川西和洛川黃土超順磁顆粒的粒徑分布圖。圖中川西黃土超順磁顆粒分布較窄，且峰值對應粒徑較小。
相關焦點
-
黃土高原成壤過程赤鐵礦生成主控氣候要素被發現—新聞—科學網
-
安芷生：破解黃土高原氣候環境變化「密碼」
來源：教師報2020年9月23日，作者：周 勵，原標題：《安芷生：破解黃土高原氣候環境變化「密碼」) 我國著名環境地質學家、中國科學院地球環境研究所研究員、博士生導師安芷生，已經從事地球科學研究工作半個多世紀了。 -
黃土可以告訴我們什麼
；當1964年希夏邦馬科考中在不可能的高處發現高山櫟化石，劉東生前瞻性提出青藏高原隆升新課題時，或許在高原自身演化和第四紀環境地質之外並未考慮太多吧！歷時數年項目結束，黃土研究作為新興學科卻已羽翼豐滿：一翼為朱顯謨院士領導的中科院水土保持研究所，沿著應用研究道路繼續前行，對於黃土高原水土流失的治理和生態環境的保護做出了重要貢獻；一翼為劉東生院士另闢蹊徑，坐擁60餘萬平方公裡的黃土高原，在地質、古氣候等基礎研究道路上步步為營，把一個需要治理和保護的對象變成了天大的寶貝，科學的富礦，躋身於國際地學界，豈止佔有一席之地！ -
黃土高原黃土並非來自中亞沙漠
黃土高原的黃土來自哪裡？蘭州大學資源環境學院西部環境教育部重點實驗室聶軍勝教授等人的一項最新研究成果表明：黃土高原的黃土主要來自黃河，而非中亞沙漠；黃土高原儲存了黃河從青藏高原東北部搬運來的細顆粒物質。 黃河是中華文明的發源地，因此，理解黃河的演化及其泥沙來源具有重要價值。但是地學界對這些問題沒有達成一致意見。 -
「黃土高原」的成因和「黃土地貌」的形成原因,分別是什麼?
中國有四大高原，分別是青藏高原、內蒙古高原、黃土高原和雲貴高原。中國的四大高原各有特色，青藏高原是世界上平均海拔最高的高原，被稱為雪域高原。內蒙古高原是我國最為平坦開闊的高原，風吹草低見牛羊。雲貴高原是典型的喀斯特地貌區，雖為高原但是地勢崎嶇。 -
重建土壤水庫是黃土高原治本之道
一 黃土高原生態環境問題的根源 黃土高原面積約64萬km2，是中華民族繁衍生息之處，更是古代中華文明的發祥地。250萬年以來，在這塊土地上堆積了厚100—200m的黃土古土壤系列1，是全球最厚和最完整的黃土地層，也是塬地平廣、丘陵頂平坡緩、溝谷開闊，川、坪、澗、掌、地完整平坦，植被茂密、腐殖質層深厚的沃野糧田。 -
劉東生:黃土與環境
黃土高原的風塵沉積黃土和古土壤可以直接指示其物質來源區的乾旱化過程，風力搬運的動力學機制；沉積速率、粒度變化等氣候指標還可以和其他兩本「秘笈」中的章節相對應。它可以告訴我們黃土沉積的時空特徵和規律，也就是它自己的「歷史」，同時幫助我們解讀其他兩本「秘笈」。 -
印度-歐亞板塊碰撞後，青藏高原東北部如何響應？
在這個過程中，作為青藏高原生長的最年輕部位-高原東北部地區又是如何響應這個持續碰撞過程的呢？科學家們聚焦盆地內的沉積物——構造和古氣候的「見證者」，利用其記錄的磁組構，反映的古應力變化揭示遠程響應過程。 -
印度-歐亞板塊碰撞後,青藏高原東北部如何響應?
2.5億年前，地球板塊就像一塊巨大的拼圖，所有大陸拼貼在一起，科學家們稱它為盤古超級大陸（圖1）。此後，這個大陸逐漸裂解，自約1.5-1.3億年前開始，印度大陸從南半球岡瓦納超級大陸（盤古超級大陸的南半球部分）快速裂離，在恐龍大滅絕之後，和北半球的歐亞大陸開始發生持續擠壓碰撞（圖2），青藏高原逐漸隆升並發生變形。 -
地理動畫視頻|黃土高原和青藏高原是怎麼形成的?
黃土高原位於中國中部偏北部，為中國四大高原之一，是中華民族古代文明的發祥地之一，也是地球上分布最集中且面積最大的黃土區。黃土高原有複雜的形成過程，但風成過程是黃土形成的主要過程。青藏高原是中國最大、世界海拔最高的高原，被稱為「世界屋脊」。青藏高原是亞歐板塊與印度洋板塊相互碰撞擠壓的結果。 -
黃土高原並非陝北獨有:鹹陽、渭南、銅川境內都有黃土高原地貌
鹹陽永壽境內黃土高原地貌眾所周知，我國有四大高原，面積最大、海拔最高的是青藏高原，另外三座高原分別是內蒙古高原、雲貴高原以及黃土高原。其中黃土高原作為中華民族古代文明的發祥地之一，是地球上分布最集中且面積最大的黃土區，總面積64萬平方千米。位於中國中部偏北部，主要由山西高原、陝甘晉高原、隴中高原和河套平原組成。由此可見，關於對黃土高原的地理認知，並不是我們通常想到的某片區域「陝北」或是某個位置「延安」。 -
從水土流失到綠色新生,黃土高原從哪裡來,到哪裡去
藉助遙感技術，人們終於看到了持續數十年的植樹造林、退耕還林換草、生態恢復等大工程取得的成果，黃土高原的植被覆蓋率上升，生態環境日益向好，這變化不僅被我國的衛星捕捉到了，也被外國的衛星見證了，這些改變對於生於斯長於斯的人們所帶來的效益超過以往任何時候，讓越來越多的人們關注起這片曾經育養中華古文明的黃土地。 -
黃土高原的黃土從哪裡來?
雄偉壯麗的黃土高原綿亙千裡的景象蔚為壯觀,幾千年來無數文人墨客在此吟詩作畫。一代偉人毛澤東曾在此發出「江山如此多嬌」的感嘆。人們在讚嘆之餘,不禁要問:黃土高原上的黃土到底來自何處呢? -
科學家首獲青藏高原中南部新生代地層年代序列——改寫青藏高原隆...
中國日報12月11日電（記者 張之豪）12月10日，記者從中科院青藏高原所獲悉，該所新生代環境團隊方小敏研究員等聯合中國地質大學（北京）王成善院士、蘭州大學等國內外研究機構和大學，精確測定和建立了青藏高原中南部倫坡拉盆地約4100至2150萬年期間的新生代地層年代序列，修正了該區域古高度年代為 -
黑馬坡紅土地質公園:黃土高原的奇異風景
從柳林縣城沿柳石線驅車約40分鐘，便可到達黑馬坡紅土地質公園，在碧綠湖水的掩映下，兩邊嶙峋的山巒顯得十分豔麗。黑馬坡紅土地質公園，位於呂梁山西麓的柳林縣留譽鎮高家山村，地處北緯37度11分，東經110度56分附近，平均海拔約1100米。 -
科學家首獲青藏高原中南部新生代地層年代序列——改寫青藏高原隆升和生態環境歷史
中國日報12月11日電（記者 張之豪）12月10日，記者從中科院青藏高原所獲悉，該所新生代環境團隊方小敏研究員等聯合中國地質大學（北京）王成善院士、蘭州大學等國內外研究機構和大學，精確測定和建立了青藏高原中南部倫坡拉盆地約4100至2150萬年期間的新生代地層年代序列，修正了該區域古高度年代為 -
青藏高原所揭示青藏高原不同生態區表層土壤中萜類化合物分布特徵
特徵生物標誌物萜類化合物具有指示生態系統和植被多樣性的潛力。為理解和應用萜類生物標誌物，需通過普查、鑑定和分析工作，明確不同生態系統中現代植物和表土中萜類化合物分布特徵及其對應關係。中國科學院青藏高原研究所新生代環境團隊、中科院青藏高原地球科學卓越創新中心副研究員白豔與陝西科技大學化學與化工學院天然產物穩定同位素組學團隊博士周友平合作，選取青藏高原周緣兩個具有明顯垂直地帶性的高度斷面，對其土壤和植被中的萜類化合物進行分析。 -
地球環境所在黃土垂直節理髮育與演化規律方面取得進展
、地質災害發生最為頻繁的地區，這一區域特殊性與黃土高原的地質氣候背景和黃土的特殊物質結構密切相關。 黃土高原是世界上土壤侵蝕最為劇烈、地質災害發生最為頻繁的地區，這一區域特殊性與黃土高原的地質氣候背景和黃土的特殊物質結構密切相關。黃土是一種結構脆弱和水敏性極強的特殊土，遇水軟化，易發生侵蝕、溼陷流變、滑動等一系列水敏災變行為。 -
安芷生：從中國黃土出發，破解地球環境變化奧秘
「有良好的學術環境和氛圍，有明確的研究對象，再加上持之以恆的信念，才能幹些事情！」在2019年度陝西省最高科學技術獎獲得者、中國科學院院士、中國科學院地球環境研究所（以下簡稱地環所）研究員安芷生看來，所有成績是地環所和黃土與第四紀地質國家重點實驗室多年努力的結果。 -
揭開黃土高原形成之謎，平息170多年黃土成因之爭 | 劉東生院士與「新風成說」
黃土高原是中國的四大高原之一，是地球上分布最集中、面積最大的黃土區。而關於黃土是怎麼形成的？這是無數地質工作者在研究黃土的道路上無法逾越的問題。在劉東生提出「新風成說」之前，已經有多種關於黃土成因的學說。