研究厘定阿根廷黄土和土壤磁化率变化机制

图1 两个现今土壤剖面（CAS和GAO）不同土壤层（Horizon）样品的低温磁学性质。 a)和b)是全样；c)和d)是经过CBD处理后的样品

图2 通过CBD方法有效地分离出阿根廷土壤中的物源信息（Lithogenic）和成土作用信息（Pedogenic）风成黄土在全世界广泛分布，最具有代表性的是中国黄土、欧洲黄土、西伯利亚、阿拉斯加和阿根廷黄土。经过成土作用，不同地区黄土的磁化率都会有显著变化，但是模式比较复杂。以中国黄土为代表，在典型地区的古土壤，其中含有很多由成土作用产生的细粒磁赤铁矿（主要分布在22-25nm），从而使得古土壤的磁化率显著升高。而在阿拉斯加和西伯利亚，其古土壤的磁化率明显降低。前人研究发现，在这些寒冷地区，土壤化过程中形成的纳米级磁性矿物很少，然而由于在暖期的搬运动力明显降低，物源来的磁铁矿的粒径也显著降低，从而使得古土壤的磁化率也整体降低。对于阿根廷的黄土及相关的土壤，其磁化率的变化更复杂。尤其在低温（<100K），会出现特有的频率磁化率现象（图1）。前人的研究认为该地区的成土作用除了生成几十纳米（nm）的磁铁矿外，还可以生成粒径非常单一的几个纳米的磁性矿物，后者是这种低温频率磁化率的主要贡献者。这暗示着阿根廷地区的成土过程具有独特性，其机制一直困扰着相关研究。中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室的刘青松研究员及其研究小组系统地研究了阿根廷两个典型地区的现今土壤剖面，其基质（C层）为黄土。研究发现，经过CBD处理后的样品（图1c和d），其低温频率磁化率并没有变化，并且不同层位样品的低温频率磁化率幅值也大体相当。CBD能够有效地溶解成土作用产生的纳米级别的磁性物质。因此，该研究说明这种低温频率磁化率的性质与成土作用没有关系，是其物源物质具有的性质。进一步的研究分析揭示出这种低温磁化率应该是物源粗颗粒多畴磁铁矿造成的。该项研究厘定了阿根廷黄土和土壤磁化率变化的机制，并通过CBD方法有效地分离出了物源和成土作用信息（图2），为正确研究该地区的成土过程和提取真正的气候信息提供了基础和手段。研究成果近期发表在国际地球物理研究领域核心刊物《国际地球物理学期刊》（Geophysical Journal International）。（来源：中科院地质与地球物理研究所）