末次间冰期以来黄土古土壤容重特征 - 图文-

1、 吉林大学学报(地球科学版第38卷层再划分9。前人的研究区域仅限六盘山以东地区,对于气候条件与东部不同的六盘山以西却鲜有讨论。为了进一步明确黄土容重变化的特征与受控因素,选取不同气候区的两个典型剖面。将黄土古土壤容重与粒度和磁化率及深海氧同位素曲线进行对比性分析。1样品与实验方法本文选取洛川剖面和白草塬剖面(图1末次间冰期以来的沉积物进行对比研究,理由为:(1两剖面分别位于黄土塬区,地层序列完整、古气候记录全面r13;(2洛川和白草塬分别位于六盘IJ】的东西两侧,相距约400km,气候条件不同:前者属半湿润半干旱季风气候区10l,后者属大陆性半十旱气候区,气候干燥,降水稀少Do;(3洛川剖面位

2、于黄土带,白草塬剖面位于砂黄土带,分别位于六盘IJl的东西两侧且受其影响1。图1采样点地理位置(据Ding等113修改Fig.1Geographic location of sampling sites(modified after Ding,et a1.J洛川采样剖面位于陕西省洛川县后子头乡下黑木村附近。黄土古土壤序列总厚约130m,是最为典型和重要的风积记录剖面u。全新世沉积由一层黑垆土(So及上覆黄土(L。组成。为避免人类活动导致的容重失真,I。(厚50cm及其上覆现代耕作层(厚30cm并朱取样。其中s0厚约1.1m,灰褐色,具明显团粒结构。末次冰期沉积(L,厚约8.0m,粉砂一亚砂土,

3、整体呈灰黄色,疏松多孑L,垂直节理发育。末次间冰期沉积(S。厚约2.1m,上部为黄褐色诬粘土,中下部为棕红色一褐色粘土,可见白色钙膜,具沉积粘化层(Bt层。白草塬采样剖面位于甘肃省会宁县城北85km 处的草滩乡下高塬村。S。为一层草原土,厚1.4m,呈灰褐色,根孔发育,含有丰富的有机质和少量的次生碳酸盐假菌丝体,土壤结构不明显。L,厚约16m,棕黄至褐黄色,疏松多孑L。S。厚约9.8m,由3层古土壤和夹于其|'日J的两层黄土复合而成。基于以上地质背景,洛川剖面以10cm间隔采取容重样品112块,磁化率样品112块。白草塬剖面采取容重样品224块,黄土层和古土壤层采样间隔分别为20cm和

4、10cm。野外采样时尽量避开钙质结核。容重样品加工成近似立方体(边长2cm左右,测出长宽高得出样品体积。样品于室内常温下暴露进行天然风干,然后再测得样品质量,质量与体积之商便为样品容重1矗。样品磁化率于中国科学院地质与地球物理研究所古地磁实验室用KI。Y一3S型卡帕桥旋转磁化率仪测得。2实验结果与讨论2.1洛川剖面洛川地区黄土与古土壤的容重值为1.25 1.86g/cm3。其中:黄土的容重值为1.25-一1.54g/ cm3,平均值为1.42g/cm3(表1;而古土壤的容重值则为1.291.86g/cm3,平均值为1.55g/cm3,较黄土容重平均大0.13g/cm3。灵台黄土古土壤容重值为1

5、.852.18g/cm37,邙山地区黄土古土壤容重值为1.52.5g/cm3引,均大于该区。表1洛川剖面黄土古土壤层的平均容重值Table1Average volumetric weight of Ioess-paleosols at Luochuan section g/cm3结合图2。容重随深度变化曲线起伏明显,明显可见古土壤层的容重值大于黄土层容重值,曲线类 似磁化率曲线,即古土壤层磁化率大于黄土层磁化第5期靳春胜,等:末次问冰期以来黄土古士壤容重特征率。容重曲线与磁化率曲线中S。均显双峰特征,印证了复合型古土壤层的存在。S,容重高值出现于该层下部(11m处,完全对应于磁化率曲线等深处峰

6、值。末次冰期时气候干冷,L-容重曲线和磁化率曲线整体起伏平缓。氧同位素3阶段(MIS3弱发育的古土壤底部(7.5m处容重曲线见一小峰,但较磁化率峰值(6.5m处相对靠下一些。虽然各层容重峰值所处上下部位不同,但整体而言容重曲线与磁化率曲线有很好的正相关性。容重曲线0.5m处、11m处的两个峰值完全对应于磁化率曲线等深处的峰值。这表明容莺序列所反映的粉尘加积期和沉积成壤期与磁化率序列所反映的东亚冬、夏季风的交替与消长具有很好的对应关系7。仅7.5m处弱发育的古土壤容重峰值较磁化率曲线稍偏下一些,即地层底部容重值的增大早于磁化率值而显示出超前性7。深海氧同位素5阶段属温暖湿润期,尤以MIS5e突出

7、,对应于S。下部L2ll-13J。野外观察S。下部成壤要强于上部,加之容重高值位于下部,充分表明容重变化主要受成壤作用影响。间冰期时,夏季风占主导地位,气候温暖湿润。冬季风的变弱导致粉尘堆积速率的降低和粉尘颗粒变细,堆积物孔隙度变小。降水增多,淋溶作用增强。CaCO。的淋滤、细粒物质的淋移、粘粒的增多,均促使容重值的升高。据图2还可看出,末次间冰期容重曲线峰值对应于粒度曲线的谷值。而末次冰期时容重曲线较粒度曲线变化平缓,6m处的低值和7.5m处的高值分别对应于粒度曲线等深处的低值和高值,显正相关性。此点不同于肖华国等认为的容重与粗颗粒反映的冬季风变化有显著的负相关关系5。末次冰期容重值普遍低于

8、末次间冰期容重值,第一是因为天然压实作用造成了下部地层容莺值的升高(图2容重序列中斜虚线所示,第二可能是末次冰期特殊的气候条件所致。相较间冰期,冰期时气候于冷,此时夏季风减弱,冬季风增强,粉尘堆积速率变大【214。强盛的冬季风带来更粗的粉尘颗粒,致使堆积物孔隙度变大,造成了末次冰期容重值的降低。仅就末次冰期这一单独的时期而言,容重变化同粒度序列基本一致,容霞值主要受沉积物颗粒粗细影响。笔者推测,当堆积速率大至一定程度时,容重便主要受沉积物粒度的控制。这一特征在白草塬地区得到了表现。2.2白草塬剖面据图3,白草塬地区黄土与古土壤的磁化率值明显低于洛川地区,曲线整体也较为平缓,末次间冰期曲线具有3

9、个明显的高峰,对应于S卜。、S,一:、S。一。其中,S磁化率值最高,与全新世磁化率相当。另外,21.5m和26.5m处可见2个不太明显的峰值,指示了末次问冰期气候的不稳定性1引。白草塬剖面黄土古土壤容重值为1.051.25g/cm3,小于洛川剖面黄土古土壤容蘑值。自上而下,容重值未见明显增大趋势,表明天然压实作用对容重的影响可以忽略。末次问冰期容重曲线也具有5个明显的峰值,除了S。一。(27m处容重值外,其它峰值与磁化率峰值均具很好的负相关性。S。一。的容重、磁化率及MISSe具有很好的对应关系li-isj,表明其为末次间冰期最为暖湿的时期。由于成壤强度相对较高,成壤改造作用使其容重值随同磁化

10、率值一同升高,这点类似于洛川剖面末次间冰期沉积物容重特征。末次冰期(L。磁化率曲线基本无起伏,说明此 图2洛川剖面容重、磁化率曲线与粒度曲线161及深海氧同位素曲线133对比Fig.2Comparison ofcurvesbetween volumetric weight-magnetic susceptibility-grainsi“1们atLuochuan section and deep-seaoxygenisotope timeseriesE”804吉林大学学报(地球科学版第38卷时夏季风对该区作用微弱,此点异于塬堡剖面末次冰期的磁化率记录口”。容重曲线和粒度曲线与深海氧伺位素24阶段

11、有很好的对应关系。容重曲线形似粒度曲线,起伏明显,异于磁化率变化。鉴于这种对应关系,初步推断该区容重值变化主要受颗粒粒度影响。六盘山以西堆积区距物源区近,冰期时冬季风强盛,粉尘颗粒粗,堆积速率大。间冰期冬季风相对变弱,堆积速率相对降低。观察白草塬粒度曲线,粒度并未因间冰期的到来而明显变小,所以堆积物孔隙度变化不大。而天然压实作用对容重的影响可以忽略,加之成壤作用较弱,因而控制该区容重值变化的主要因素为沉积物的粒度。该区容重与洛川剖面末次冰期时容重特征上的相似性,主要是因为两个地区的沉积物均受到了较大粉尘堆积速率的影响。黄土粒度的中值指示了搬运粉尘的风场的强度,中值越大,风场越强L4J。末次冰期

12、盛冰期(2412ka B.P.D3是晚更新世最严酷的时期1引,夏季风弱n719,冬季风相当强盛Ll川,导致颗粒粒度和容重值同时升高(图3曲线1.57m段,这便是一个很好的例证。间冰期时,微弱的夏季风作用反而促使了容重值的降低(S,S,一。,这可能是此时堆积速率低而成壤作用弱的缘故。这一点与六盘山以东地区有很大的不同。MIS3时气候相对温湿,剖面9 15m处容重值和粒度值降低,也是一个例证。图3白草塬剖面容t、粒度1”、磁化率1。3与深海氧同位素曲线01对比Fig.3Comparison betweenvolumetric weight。grain蝣ze1.】。magnetic suscepti

13、bilityCl盯at Baicaoyuan sectionand deeps姐oxygenisotope timeseridl333结论(1洛川剖面末次间冰期以来黄土古土壤容重值于1.251.86g/cm3之间变化,容重值受成壤作用影响,主要由夏季风控制。末次冰期容重值主要受沉积物粒度影响。白草塬剖面容重值为1.05 1.25g/cm3,容重值受沉积物粒度影响,主要由冬季风控制。(2对比灵台剖面和三门峡剖面黄土古土壤容重值,发现空间上由西北向东南容重值呈变大趋势。黄土古土壤容重值随气候带由半干旱带向半湿润带变化而变大的现象进一步指示其所受冬夏季风共同作用的影响。参考文献(References

14、:1刘东生.黄土与环境M.北京:科学出版社,1985.LIU Tung-sheng.Loess and the environmentM.Beijing:Science Press,1985.2An Zhisheng,Kukla G J,Porter S C,et a1.Magneticsusceptibility evidence of monsoon variation on the Loess Plateau of Central China during the last130000yearsJ.Quaternary Research,1991,36:2936. 3Heller F,Liu Tungsheng.Magnetos