宝鸡剖面S-sub-5-sub-古土壤磁化率变化机制
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图１ 研究剖面位置图
深色的为山脉
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ
Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｐ ｉ ｎ旋转磁力 仪 测 量 非 磁 滞 剩 磁 （ Ａ Ｒ Ｍ） ， 使用 ０ ０ ｍ Ｔ ， 外加直流场为 ０ １ ｍ Ｔ ， 计算出 最大交流场为 １ 非磁滞磁化率（ ， 用Ｋ Ｌ Ｙ ３型卡帕桥 测量 低 温 Ａ Ｒ Ｍ） （ 即从液氮 到 室 温 ） 磁 化 率。 在 ＭＭＰ Ｍ １ ０强 磁 仪 上 获得剩磁， 用 Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｐ ｉ ｎ旋 转 磁 力 仪 测 量 样 品 的 等 温 Ｉ Ｒ Ｍ）和 饱 和 等 温 剩 磁 （ Ｓ Ｉ Ｒ Ｍ ＝Ｉ Ｒ Ｍ１ 、 剩磁 （ Ｔ） Ｈ Ｉ Ｒ Ｍ＝ （ Ｓ Ｉ Ｒ Ｍ＋ Ｉ Ｒ Ｍ－ ） ／ ２以及 Ｆ （ Ｆ Ｉ Ｒ Ｍ３ ３ ０ ０ ｍ Ｔ ３ ０ ０ ３ ０ ０＝ ０ ０ ｍＴ／ Ｓ Ｉ Ｒ Ｍ） ， 用可 变 场 强 磁 天 平 （ ＭＭＶ Ｆ Ｔ Ｂ ） 测量 Ｊ Ｔ曲 线、 磁滞回线 和 磁 滞 参 数 （ 饱 和 剩 余 磁 化 强 度 Ｍｒ 、 ｓ 、 矫顽力 Ｂ ） 。 饱和磁化强度 Ｍｓ ｃ 和剩磁矫顽力 Ｂ ｃ ｒ ２ ３ 元素分析 元素 Ｒ ｂ和 Ｓ ｒ 含量采用Ⅹ射线荧光光谱方法 （ Ｘ Ｒ Ｆ ） 进 行 测 量。 样 品 先 研 磨 至 ２ ０ ０目， 称重约 ４ ｇ ， 压成圆饼， 在日本岛津公司生产的 Ｖ Ｐ ３ ２ ０型 Ⅹ 射线荧光光谱仪上测试。测试结果经标样控制和对 照试验， 得出其相对误差和相对偏差均 ＜ ２ ％。
１ 引言
国内外第四纪 研 究 中， 已把磁化率当作一个古 气候代用指标广为 应 用， 黄土磁化率成为研究中国 黄土所携带的古气候信息及其与深海沉积物的气候 记录对比、 并定 量 重 建 古 气 候 的 重 要 参 数。 通 常 情 况下， 磁化率的低值与黄土层对应， 高值与古土壤层 相对应， 这为古气候和古环境的重建提供了工具， 因 此许 多 学 者 用 黄 土 的 磁 化 率 反 演 气 候 环 境 演 变
３ 结果
３ １ 室温磁性特征 ３ １ １ 磁性参数及其比值特征 图 ２为黄 土 高 原 西 峰 （ Ｘ Ｆ ） 、 灵台（ Ｌ Ｔ ） 和宝鸡 （ Ｂ Ｊ ） 剖面 Ｓ Ｓ ５ 以来磁化率分布曲线。可以看出， １～ Ｓ 灵台－ 宝 ３ 古土壤层的 磁 化 率 值 由 北 向 南 从 西 峰 － 鸡逐渐升高， 而Ｓ ５ 古土壤层的磁化率变 化趋势 并不
第３ ２卷 第 ４期 ２ ０ １ ２年 ７月
第 四 纪 研 究 Ｑ Ｕ Ａ Ｔ Ｅ Ｒ Ｎ Ａ Ｒ Ｙ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｓ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ２ ， Ｎ ｏ ． ４ Ｊ ｕ ｌ ｙ ，２ ０ １ ２
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ７ ４ １ ０ ． ２ ０ １ ２ ． ０ ４ ． ２ ４
７ ８ ６
第 四 纪 研 究
２ ０ １ ２年
高原最南部宝鸡地区， Ｓ ５ 古土 壤层的 磁化率 却是 Ｓ ５ 以来的较低值。关 于 宝 鸡 剖 面 前 人 已 进 行 了 研 究，
２ ８ ］ 如丁仲礼等 ［ 认为宝鸡一些土壤层有假潜育化现
象， 造 成 成 壤 强 的 土 壤 层 表 现 出 低 的 磁 化 率 值。
２ ３ ］ 磁化率与成 壤 程 度 呈 负 相 关 的 现 象， Ｂ ｅ ｇ ｔ 等［ 和 ［ ２ ４ ］ ２ ５ ， ２ ６ ］ Ｃ ｈ ｌ ａ ｃ ｈ ｕ ｌ ａ 认为受风力强度的影响， 刘秀铭等 ［
。对现代土壤的研究 表 明：土 壤 中 的 铁 若 未
发生淋失（ 即铁的 氧 化 物 或 铁 化 合 物 未 发 生 还 原 性 溶解 ） ， 土壤磁化率与年均降水量之间呈正相 关
２ 样品与方法
２ １ 样品采集 宝鸡位于黄土高原南缘， 秦岭北麓， 关中盆地西 部。现代年均降水 量 高 于 ７ ０ ０ ｍ ｍ ， 秦岭地区降水量 最多达 １ １ ０ ０ ｍ ｍ ， 降水年内分布不均， ７～ ９月降水量 占全 年 的 ６ ０ ％。 年 均 温 １ ２ ℃， ７月 份 平 均 气 温 ２ ５ ４ ℃， 属于暖温 带 半 湿 润 气 候 区。 由 东 南 向 西 北 夏季风带来降水逐渐减少， 在黄土高原中部的灵台、 西 峰 地 区， 其现代年均降水量分别为 ６ ５ ４ ｍ ｍ和 ５ ５ ５ ｍ ｍ 。样 品 采 自 宝 鸡 剖 面 （ ３ ４ ° ２ ５ ′ Ｎ ， １ ０ ７ ° ０ ７ ′ Ｅ ） （ 见图 １ ）Ｓ 采样间距为 ５ 以 来 的 黄 土 和 古 土 壤， ３ ０ ｃ ｍ 。本文主要选取宝鸡剖面 Ｓ ３和 Ｓ ５ 古土壤层样 品进行磁学和地球化学分析。 ２ ２ 磁学参数测量 所有 样 品 自 然 晾 干， 称 重， 用 塑 料 薄 膜 包 紧， 放 ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｎＭＳ２型磁化 入无磁性样品盒中， 压实， 用Ｂ 率仪测量 样 品 的 低 频 （ ４ ７ ０ Ｈ ｚ ） 磁化率（ ） 和高频 ｌ ｆ （ ４ ７ ０ ０ Ｈ ｚ ） 磁化率（ ） ， 计算出磁化率（ ） 和频率磁 ｈ ｆ 化率 ） 。用 Ｌ Ｄ Ａ ３交 变 退 磁 仪 和 ｆ ｄ ＝（ ｌ ｆ－ ｈ ｆ
３ １ ］ Ｈ ａ ｎ等 ［ 对宝鸡 Ｓ Ｓ ５ － １古 土 壤 层 的 研 究 表 明， ５ － １古
ａ 完全 淋 溶， 土壤中有机质类型主要为 Ｃ 土壤中 Ｃ ４ 植物， 认为 Ｓ 古土壤形成时期气候比 现在更 干 旱。 ５ － １ 但是对于成壤 强 的 Ｓ ５ 层磁化率较低的原因尚未完 全认识。因此， 本文 选 择 黄 土 高 原 南 缘 的 宝 鸡 剖 面 Ｓ 目的是以岩石磁学和地 ３和 Ｓ ５ 古土壤为研究对象， 分析 磁 性 球化学方法为依据， 将Ｓ ３和 Ｓ ５ 进行对 比， 矿物的类型， 含量及颗粒大小在成壤过程中的变化， 分析随着氧化还原环境条件的变化磁性矿物之间的 转化， 探讨成壤强的 Ｓ ５ 古土壤层磁化率值 低于成 壤 较弱 Ｓ 从而为气候 较为暖 湿 ３ 古土壤层的主要原因， 的黄土高原南部地区磁化率与成壤程度弱相关的变 化特征提供磁学依据。
２ ０～ ２ ２ ］ 假单畴颗粒含量的变化也起到了重要的作用 ［ 。
在黄土高原中部， 年降雨量总是低于年蒸发量， 水分不足使黄土孔隙处于透气氧化状态。湿度的适 量增加则 有 利 于 高 磁 化 率 的 磁 赤 铁 矿 和 磁 铁 矿 形 成， 使磁化率增加。 磁 化 率 与 土 壤 发 育 程 度 呈 正 相 关关系。但是在西伯利亚和阿拉斯加的黄土中出现
－ ７ 相 同， 宝鸡 Ｓ ８ ７ ３× １ ０ ５层 的 磁 化 率 最 高 值 为 １ ３ ｍ ／ ｋ ｇ ，低 于 西 峰 （ ３ ５ ° ４ ６ ′ Ｎ ，１ ０ ７ ° ４ １ ′ Ｅ ）和 灵 台
文章编号 １ ０ ０ １ － ７ ４ １ ０ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ４ － ７ ８ ５ － １ ０
宝鸡剖面 Ｓ ５ 古土壤磁化率变化机制
郭雪莲 刘秀铭 郭 晖 陈 渠 ④ ④ ④ 李平原 马明明 刘 植
①
②③④
④
④
（ 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ；② 福建师范大学全球变化研究中心， 地理科学学院， ① 兰州大学地质科学与矿产资源学院， ５ ０ ０ ０ ７ ；③ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄＧ ｅ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｙ ， Ｍａ ｃ ｑ ｕ ａ ｒ ｉ ｅＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｙ ｄ ｎ ｅ ｙＮ Ｓ Ｗ２ １ ０ ９ ， Ａ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ａ ； 福州 ３ 西部环境教育部重点实验室， 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ） ④ 兰州大学西部环境与气候变化研究院，
［ １～ ９ ］
关于中国黄土的磁化率值与古气候的关系有多 种解释， 普 遍 接 受 的 观 点 是， 原地成壤过程中有机 （ 如生物） 和无机作用形成的细小磁铁矿和磁赤铁矿
１ ９ ］ 。岩石磁学和土百度文库化 颗粒使古土壤的磁化率增强 ［
学分析表明， 成壤过程中有大量超细粒亚铁磁性矿物 生成。近年 来 的 研 究 认 为， 磁化率的增强并非仅由 超顺磁性颗 粒 的 增 加 引 起， 成壤作用形成的单畴和
２ ７ ］ 。但是在年降雨量比中部更充沛 的 黄土 湿） 时期 ［
响磁化率及磁化率 在 剖 面 上 的 分 布 模 式， 磁化率增 加的幅度随成壤 时 间 的 进 行 而 增 大。 因 此， 磁化率 和频率磁化率常作为土壤发展程度的指标。
第一作者简介： 郭雪莲 女 ４ ０岁 博士 环境磁学与地球化学专业 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｌ ｇ ｕ ｏ ＠ ｌ ｚ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 国家自然科学基金项目（ 批准号：４ ０ ８ ３ ０ １ ０ ５ ４ １ ０ ７ ２ １ ２ ４和 ４ １ ０ ２ １ ０ ９ １ ） 、 甘肃省自然科学基金项目（ 批 准 号：０ ７ １ ０ Ｒ Ｊ Ｚ Ａ ０ ２ ４ ） 及中央高校基本 科研业务费专项资金项目（ 批准号： Ｌ Ｚ Ｕ Ｊ Ｂ Ｋ Ｙ ２ ０ １ ０ － １ ７ ９ ） 共同资助 ２ ０ １ １ － １ １ － ２ ９收稿， ２ ０ １ ２ － ０ ３ － ２ ０收修改稿 通讯作者： 刘秀铭 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｌ ｉ ｕ ＠ ｌ ｚ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
［ １ ０～１ ４ ］
。但是， 磁化率作为古气候指标仍然存在许
多限制， 由于磁化率不仅受气候因素（ 温 度、 降水 量） 的影响， 而且与 物 源、 植 被、 地 形、 成壤持续时间
１ ５～１ ８ ］ １ ７ ］ 等因素相关 ［ 。如 Ｓ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ 等［ 提出成壤作用影
认为磁化率与成壤程度之间的关系受氧化还原条件 Ｓ 最强 的影 响。 在 黄 土 高 原， ５ 是 成 壤 作 用 最 明 显、 的古土壤层， 代表过去 ２ ５ Ｍａ 期间 气候最 适 宜 （ 暖、
摘要 运用岩石磁学和地球化学相结合的方法对宝鸡剖面 Ｓ 结 ５和 Ｓ ３ 古 土 壤 的 磁 性 特 征 进 行 了 详 细 对 比 分 析， 果表明 Ｓ ｂ ／ Ｓ ｒ 比值较高， Ｓ 成壤程度比 Ｓ ５ 古土壤层 Ｒ ５ 古土壤形成期气 候 温 暖 湿 润， ３ 时 期 强。 Ｓ ５ 层亚铁磁性矿物 反铁磁性矿物主要为针铁矿；而 Ｓ 含量低于 Ｓ ３ 层， ３ 层的 反 铁 磁 性 矿 物 主 要 为 赤 铁 矿。 Ｓ ５ 层土体表面及土壤空隙 中可见大量黑褐色的铁锰胶膜分布， 由于沉积后土壤长时期处于偏干或偏湿的氧 化、 还 原 交 替 环 境 中， 细粒的磁铁 矿和 ／ 或磁赤铁矿、 赤铁矿溶解转化成褐铁矿、 针铁矿等 弱 磁 性 矿 物， 主要转化成在局域湿润环境下能够稳定存在 的针铁矿， 这种磁性矿物的转化可能导致了成壤强的 Ｓ ５ 古土壤超顺磁亚铁磁性矿物含量的减少和磁化率的降低。 主题词 Ｓ ５ 古土壤 磁化率 磁学机制 宝鸡剖面 中图分类号 Ｐ ３ １ ８ ． ４ １ ，Ｐ ９ ４ １ ． ７ ４ 文献标识码 Ａ
２ ９ ］ Ｋ ａ ｌ ｍ等［ 依 据 粘 土 矿 物 对 宝 鸡 剖 面 进 行 了 研 究，
认为 Ｓ ， Ｓ 古 土 壤 层 的 风 化 作 用 较 强。 赵 ２ ３ 层和 Ｓ ５ － １
３ ０ ］ 景波 ［ 根据 Ｓ ５ 古土壤下部红色 铁 质 粘 土 结 核 迁 移
距离， 指出 Ｓ ５ 古土壤发育时期该区年均降 水量可 达 １ ０ ０ ０ ｍ ｍ 左右。但 仍 存 在 一 些 完 全 相 反 的 观 点， 如
深色的为山脉
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ
Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｐ ｉ ｎ旋转磁力 仪 测 量 非 磁 滞 剩 磁 （ Ａ Ｒ Ｍ） ， 使用 ０ ０ ｍ Ｔ ， 外加直流场为 ０ １ ｍ Ｔ ， 计算出 最大交流场为 １ 非磁滞磁化率（ ， 用Ｋ Ｌ Ｙ ３型卡帕桥 测量 低 温 Ａ Ｒ Ｍ） （ 即从液氮 到 室 温 ） 磁 化 率。 在 ＭＭＰ Ｍ １ ０强 磁 仪 上 获得剩磁， 用 Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｐ ｉ ｎ旋 转 磁 力 仪 测 量 样 品 的 等 温 Ｉ Ｒ Ｍ）和 饱 和 等 温 剩 磁 （ Ｓ Ｉ Ｒ Ｍ ＝Ｉ Ｒ Ｍ１ 、 剩磁 （ Ｔ） Ｈ Ｉ Ｒ Ｍ＝ （ Ｓ Ｉ Ｒ Ｍ＋ Ｉ Ｒ Ｍ－ ） ／ ２以及 Ｆ （ Ｆ Ｉ Ｒ Ｍ３ ３ ０ ０ ｍ Ｔ ３ ０ ０ ３ ０ ０＝ ０ ０ ｍＴ／ Ｓ Ｉ Ｒ Ｍ） ， 用可 变 场 强 磁 天 平 （ ＭＭＶ Ｆ Ｔ Ｂ ） 测量 Ｊ Ｔ曲 线、 磁滞回线 和 磁 滞 参 数 （ 饱 和 剩 余 磁 化 强 度 Ｍｒ 、 ｓ 、 矫顽力 Ｂ ） 。 饱和磁化强度 Ｍｓ ｃ 和剩磁矫顽力 Ｂ ｃ ｒ ２ ３ 元素分析 元素 Ｒ ｂ和 Ｓ ｒ 含量采用Ⅹ射线荧光光谱方法 （ Ｘ Ｒ Ｆ ） 进 行 测 量。 样 品 先 研 磨 至 ２ ０ ０目， 称重约 ４ ｇ ， 压成圆饼， 在日本岛津公司生产的 Ｖ Ｐ ３ ２ ０型 Ⅹ 射线荧光光谱仪上测试。测试结果经标样控制和对 照试验， 得出其相对误差和相对偏差均 ＜ ２ ％。
１ 引言
国内外第四纪 研 究 中， 已把磁化率当作一个古 气候代用指标广为 应 用， 黄土磁化率成为研究中国 黄土所携带的古气候信息及其与深海沉积物的气候 记录对比、 并定 量 重 建 古 气 候 的 重 要 参 数。 通 常 情 况下， 磁化率的低值与黄土层对应， 高值与古土壤层 相对应， 这为古气候和古环境的重建提供了工具， 因 此许 多 学 者 用 黄 土 的 磁 化 率 反 演 气 候 环 境 演 变
３ 结果
３ １ 室温磁性特征 ３ １ １ 磁性参数及其比值特征 图 ２为黄 土 高 原 西 峰 （ Ｘ Ｆ ） 、 灵台（ Ｌ Ｔ ） 和宝鸡 （ Ｂ Ｊ ） 剖面 Ｓ Ｓ ５ 以来磁化率分布曲线。可以看出， １～ Ｓ 灵台－ 宝 ３ 古土壤层的 磁 化 率 值 由 北 向 南 从 西 峰 － 鸡逐渐升高， 而Ｓ ５ 古土壤层的磁化率变 化趋势 并不
第３ ２卷 第 ４期 ２ ０ １ ２年 ７月
第 四 纪 研 究 Ｑ Ｕ Ａ Ｔ Ｅ Ｒ Ｎ Ａ Ｒ Ｙ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｓ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ２ ， Ｎ ｏ ． ４ Ｊ ｕ ｌ ｙ ，２ ０ １ ２
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ７ ４ １ ０ ． ２ ０ １ ２ ． ０ ４ ． ２ ４
７ ８ ６
第 四 纪 研 究
２ ０ １ ２年
高原最南部宝鸡地区， Ｓ ５ 古土 壤层的 磁化率 却是 Ｓ ５ 以来的较低值。关 于 宝 鸡 剖 面 前 人 已 进 行 了 研 究，
２ ８ ］ 如丁仲礼等 ［ 认为宝鸡一些土壤层有假潜育化现
象， 造 成 成 壤 强 的 土 壤 层 表 现 出 低 的 磁 化 率 值。
２ ３ ］ 磁化率与成 壤 程 度 呈 负 相 关 的 现 象， Ｂ ｅ ｇ ｔ 等［ 和 ［ ２ ４ ］ ２ ５ ， ２ ６ ］ Ｃ ｈ ｌ ａ ｃ ｈ ｕ ｌ ａ 认为受风力强度的影响， 刘秀铭等 ［
。对现代土壤的研究 表 明：土 壤 中 的 铁 若 未
发生淋失（ 即铁的 氧 化 物 或 铁 化 合 物 未 发 生 还 原 性 溶解 ） ， 土壤磁化率与年均降水量之间呈正相 关
２ 样品与方法
２ １ 样品采集 宝鸡位于黄土高原南缘， 秦岭北麓， 关中盆地西 部。现代年均降水 量 高 于 ７ ０ ０ ｍ ｍ ， 秦岭地区降水量 最多达 １ １ ０ ０ ｍ ｍ ， 降水年内分布不均， ７～ ９月降水量 占全 年 的 ６ ０ ％。 年 均 温 １ ２ ℃， ７月 份 平 均 气 温 ２ ５ ４ ℃， 属于暖温 带 半 湿 润 气 候 区。 由 东 南 向 西 北 夏季风带来降水逐渐减少， 在黄土高原中部的灵台、 西 峰 地 区， 其现代年均降水量分别为 ６ ５ ４ ｍ ｍ和 ５ ５ ５ ｍ ｍ 。样 品 采 自 宝 鸡 剖 面 （ ３ ４ ° ２ ５ ′ Ｎ ， １ ０ ７ ° ０ ７ ′ Ｅ ） （ 见图 １ ）Ｓ 采样间距为 ５ 以 来 的 黄 土 和 古 土 壤， ３ ０ ｃ ｍ 。本文主要选取宝鸡剖面 Ｓ ３和 Ｓ ５ 古土壤层样 品进行磁学和地球化学分析。 ２ ２ 磁学参数测量 所有 样 品 自 然 晾 干， 称 重， 用 塑 料 薄 膜 包 紧， 放 ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｎＭＳ２型磁化 入无磁性样品盒中， 压实， 用Ｂ 率仪测量 样 品 的 低 频 （ ４ ７ ０ Ｈ ｚ ） 磁化率（ ） 和高频 ｌ ｆ （ ４ ７ ０ ０ Ｈ ｚ ） 磁化率（ ） ， 计算出磁化率（ ） 和频率磁 ｈ ｆ 化率 ） 。用 Ｌ Ｄ Ａ ３交 变 退 磁 仪 和 ｆ ｄ ＝（ ｌ ｆ－ ｈ ｆ
３ １ ］ Ｈ ａ ｎ等 ［ 对宝鸡 Ｓ Ｓ ５ － １古 土 壤 层 的 研 究 表 明， ５ － １古
ａ 完全 淋 溶， 土壤中有机质类型主要为 Ｃ 土壤中 Ｃ ４ 植物， 认为 Ｓ 古土壤形成时期气候比 现在更 干 旱。 ５ － １ 但是对于成壤 强 的 Ｓ ５ 层磁化率较低的原因尚未完 全认识。因此， 本文 选 择 黄 土 高 原 南 缘 的 宝 鸡 剖 面 Ｓ 目的是以岩石磁学和地 ３和 Ｓ ５ 古土壤为研究对象， 分析 磁 性 球化学方法为依据， 将Ｓ ３和 Ｓ ５ 进行对 比， 矿物的类型， 含量及颗粒大小在成壤过程中的变化， 分析随着氧化还原环境条件的变化磁性矿物之间的 转化， 探讨成壤强的 Ｓ ５ 古土壤层磁化率值 低于成 壤 较弱 Ｓ 从而为气候 较为暖 湿 ３ 古土壤层的主要原因， 的黄土高原南部地区磁化率与成壤程度弱相关的变 化特征提供磁学依据。
２ ０～ ２ ２ ］ 假单畴颗粒含量的变化也起到了重要的作用 ［ 。
在黄土高原中部， 年降雨量总是低于年蒸发量， 水分不足使黄土孔隙处于透气氧化状态。湿度的适 量增加则 有 利 于 高 磁 化 率 的 磁 赤 铁 矿 和 磁 铁 矿 形 成， 使磁化率增加。 磁 化 率 与 土 壤 发 育 程 度 呈 正 相 关关系。但是在西伯利亚和阿拉斯加的黄土中出现
－ ７ 相 同， 宝鸡 Ｓ ８ ７ ３× １ ０ ５层 的 磁 化 率 最 高 值 为 １ ３ ｍ ／ ｋ ｇ ，低 于 西 峰 （ ３ ５ ° ４ ６ ′ Ｎ ，１ ０ ７ ° ４ １ ′ Ｅ ）和 灵 台
文章编号 １ ０ ０ １ － ７ ４ １ ０ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ４ － ７ ８ ５ － １ ０
宝鸡剖面 Ｓ ５ 古土壤磁化率变化机制
郭雪莲 刘秀铭 郭 晖 陈 渠 ④ ④ ④ 李平原 马明明 刘 植
①
②③④
④
④
（ 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ；② 福建师范大学全球变化研究中心， 地理科学学院， ① 兰州大学地质科学与矿产资源学院， ５ ０ ０ ０ ７ ；③ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄＧ ｅ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｙ ， Ｍａ ｃ ｑ ｕ ａ ｒ ｉ ｅＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｙ ｄ ｎ ｅ ｙＮ Ｓ Ｗ２ １ ０ ９ ， Ａ ｕ ｓ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ａ ； 福州 ３ 西部环境教育部重点实验室， 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ） ④ 兰州大学西部环境与气候变化研究院，
［ １～ ９ ］
关于中国黄土的磁化率值与古气候的关系有多 种解释， 普 遍 接 受 的 观 点 是， 原地成壤过程中有机 （ 如生物） 和无机作用形成的细小磁铁矿和磁赤铁矿
１ ９ ］ 。岩石磁学和土百度文库化 颗粒使古土壤的磁化率增强 ［
学分析表明， 成壤过程中有大量超细粒亚铁磁性矿物 生成。近年 来 的 研 究 认 为， 磁化率的增强并非仅由 超顺磁性颗 粒 的 增 加 引 起， 成壤作用形成的单畴和
２ ７ ］ 。但是在年降雨量比中部更充沛 的 黄土 湿） 时期 ［
响磁化率及磁化率 在 剖 面 上 的 分 布 模 式， 磁化率增 加的幅度随成壤 时 间 的 进 行 而 增 大。 因 此， 磁化率 和频率磁化率常作为土壤发展程度的指标。
第一作者简介： 郭雪莲 女 ４ ０岁 博士 环境磁学与地球化学专业 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｌ ｇ ｕ ｏ ＠ ｌ ｚ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 国家自然科学基金项目（ 批准号：４ ０ ８ ３ ０ １ ０ ５ ４ １ ０ ７ ２ １ ２ ４和 ４ １ ０ ２ １ ０ ９ １ ） 、 甘肃省自然科学基金项目（ 批 准 号：０ ７ １ ０ Ｒ Ｊ Ｚ Ａ ０ ２ ４ ） 及中央高校基本 科研业务费专项资金项目（ 批准号： Ｌ Ｚ Ｕ Ｊ Ｂ Ｋ Ｙ ２ ０ １ ０ － １ ７ ９ ） 共同资助 ２ ０ １ １ － １ １ － ２ ９收稿， ２ ０ １ ２ － ０ ３ － ２ ０收修改稿 通讯作者： 刘秀铭 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｌ ｉ ｕ ＠ ｌ ｚ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
［ １ ０～１ ４ ］
。但是， 磁化率作为古气候指标仍然存在许
多限制， 由于磁化率不仅受气候因素（ 温 度、 降水 量） 的影响， 而且与 物 源、 植 被、 地 形、 成壤持续时间
１ ５～１ ８ ］ １ ７ ］ 等因素相关 ［ 。如 Ｓ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ 等［ 提出成壤作用影
认为磁化率与成壤程度之间的关系受氧化还原条件 Ｓ 最强 的影 响。 在 黄 土 高 原， ５ 是 成 壤 作 用 最 明 显、 的古土壤层， 代表过去 ２ ５ Ｍａ 期间 气候最 适 宜 （ 暖、
摘要 运用岩石磁学和地球化学相结合的方法对宝鸡剖面 Ｓ 结 ５和 Ｓ ３ 古 土 壤 的 磁 性 特 征 进 行 了 详 细 对 比 分 析， 果表明 Ｓ ｂ ／ Ｓ ｒ 比值较高， Ｓ 成壤程度比 Ｓ ５ 古土壤层 Ｒ ５ 古土壤形成期气 候 温 暖 湿 润， ３ 时 期 强。 Ｓ ５ 层亚铁磁性矿物 反铁磁性矿物主要为针铁矿；而 Ｓ 含量低于 Ｓ ３ 层， ３ 层的 反 铁 磁 性 矿 物 主 要 为 赤 铁 矿。 Ｓ ５ 层土体表面及土壤空隙 中可见大量黑褐色的铁锰胶膜分布， 由于沉积后土壤长时期处于偏干或偏湿的氧 化、 还 原 交 替 环 境 中， 细粒的磁铁 矿和 ／ 或磁赤铁矿、 赤铁矿溶解转化成褐铁矿、 针铁矿等 弱 磁 性 矿 物， 主要转化成在局域湿润环境下能够稳定存在 的针铁矿， 这种磁性矿物的转化可能导致了成壤强的 Ｓ ５ 古土壤超顺磁亚铁磁性矿物含量的减少和磁化率的降低。 主题词 Ｓ ５ 古土壤 磁化率 磁学机制 宝鸡剖面 中图分类号 Ｐ ３ １ ８ ． ４ １ ，Ｐ ９ ４ １ ． ７ ４ 文献标识码 Ａ
２ ９ ］ Ｋ ａ ｌ ｍ等［ 依 据 粘 土 矿 物 对 宝 鸡 剖 面 进 行 了 研 究，
认为 Ｓ ， Ｓ 古 土 壤 层 的 风 化 作 用 较 强。 赵 ２ ３ 层和 Ｓ ５ － １
３ ０ ］ 景波 ［ 根据 Ｓ ５ 古土壤下部红色 铁 质 粘 土 结 核 迁 移
距离， 指出 Ｓ ５ 古土壤发育时期该区年均降 水量可 达 １ ０ ０ ０ ｍ ｍ 左右。但 仍 存 在 一 些 完 全 相 反 的 观 点， 如