环境地球化学（中科院） 过去信息提取2 (NXPowerLite)

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1、第三节黄土研究与全球变化一、中国黄土的土壤地层与第四纪气候旋回近20年来，第四纪古气候学研究的最大成就之一是经典的四次冰期模式逐渐被多重冰期的概念所替代，这个化时代的成就的取得是与冰川作用外围区的古气候记录，尤其是深海氧同位素地层与大陆黄土－古土壤系列的深入研究密不可分的。黄土、古土壤在地层中的交替出现是气候冷暖旋回的反映。但利用黄土－古土壤系列重建第四纪古气候，一个重要的前提是黄土地层必须连续。中国黄土几乎覆盖了东经103。～113。、北纬34。～38。这个区域。它在解决许多第四纪全球变化问题

2、上存在着巨大潜力对中国黄土典型出露区的黄土剖面（陕北黄土高原的洛川剖面、西峰剖面；山西高原的午城剖面、离石剖面；关中盆地的宝鸡剖面、西安剖面、渭南剖面；陇西高原的兰州九州台剖面、白草塬剖面）进行土壤地层及年代学研究并对这些黄土剖面作了土壤地层学和磁性地层学的对比，结果表明，中国黄土的底界年龄约为2.5MaB.P.，且黄土沉积连续，自2.5MaB.P.以来沉积的中国黄土中有37个土壤地层单位。冷期时黄土高原以接受黄土堆积为主，黄土的风化微弱。暖期时黄土高原以接受地表风化为主，或以冷期时堆积的黄土为

3、母质，形成一定类型的古土壤。二、黄土的碳氧同位素与10Be研究碳酸盐是土壤和许多第四纪沉积物的重要组成部分，在表生环境下极易移动。在土壤形成过程中，碳酸盐经历了溶解－再沉淀而转变为次生碳酸盐。土壤溶液中重碳酸根离子主要有以下3种来源：①在土壤水和二氧化碳的作用下，原生碳酸盐溶解:CaCO3+CO2+H2OCa2++2HCO3-②硅酸盐矿物的风化：2NaAlSi3O8(固体)+2CO2+3H2O2Na++2HCO3-+4SiO2+Al2Si2O5(OH)4(固体)③碳酸钙被腐殖酸溶解：2CaCO3

4、+2H+(有机酸)Ca2+(有机钙)+Ca2++2HCO3-黄土高原地区在黄土化(指从粉尘向真正的黄土转变的过程)和古土壤形成过程中，以第一种反应为主。在一定的湿度条件下，这种可溶性的重碳酸盐随土壤水向剖面的下部移动，当环境发生改变(水份失去和或CO2分压减小)时，重碳酸盐会重新晶出，形成次生碳酸盐。在这一过程中，碳酸盐在剖面上被重新分配，黄土沉积中某些发育较好的古土壤，在土壤形成过程中淋滤层(Bt)的碳酸盐几乎全部被淋失了，大部分以次生碳酸盐重新沉淀在B和C层之间的过渡带，以大的碳酸钙结核的形

5、式出现。与黄土碳酸盐的碳氧同位素组分相比，古土壤碳酸盐的δ13C值相对偏负，δ18O值相对偏正。古土壤形成时环境温度越高，湿度越大，其δ18O值越偏正，δ13C值越偏负。西峰黄土剖面S1～S14的钙结核的碳同位素组分在-3.97‰~-8.13‰之间，氧同位素组分在-9.08‰~-10.67‰之间，洛川黄土剖面S1～S14的钙结核的碳同位素组分在-2.59‰~-7.85‰之间，氧同位素组分在-8.62‰~-9.92‰之间，10Be是由宇宙射线高能粒子与大气主要成分氮、氧原子核进行散裂反应产生的，半

6、衰期1.5×106a。大气圈中产生的10Be被气溶胶吸附，通过降水、降尘沉降至地表，可被称为大气成因10Be。降水中的10Be浓度分布与气团运动及粉尘传输过程有关，因而成为研究风成沉积作用的理想的同位素示踪剂。黄土是干旱半干旱气候条件下形成的风成沉积物，10Be自始自终参与了粉尘形成与堆积的全过程。西峰和洛川黄土剖面10Be记录表现在变化趋势明显相似。洛川黄土剖面10Be浓度和磁化率的变化存在明显的一致性(图4－15)，与深海氧同位素曲线也有很好的对比关系。石英是高纯SiO2矿物，宇宙射线与其自

7、身氧进行散裂反应产生10Be，被称为“就地成因10Be”。石英具有致密牢固结构，水和各种离子都难以渗透进去，因而其“就地成因10Be”不易受“大气成因10Be”的污染。石英晶格内部“就地成因10Be”产率极低，约10原子/g.a，然而，借助超高灵敏加速器质谱计仍可对数克石英中的10Be含量进行精确测定。采用HCl及弱HF反复清洗石英表面，就可以将“就地成因10Be”与“大气成因10Be”有效地进行分离，10Be在黄土中的浓度随粒径增加而减少。10Be强烈地吸附于粒子表面，通过化学溶解引起10Be

8、迁移的可能性很小。因此，在黄土中10Be有良好的保存性，显示了黄土10Be研究不仅在黄土堆积演化，同时在全球变化同位素示踪研究中都具有十分重要的意义。因此，通过研究黄土石英中“就地成因10Be”含量特征，可以得到有关源区风化、侵蚀、暴露和埋藏等信息。一般认为黄土物质经历了三种作用过程，即岩石风化/侵蚀、侵蚀物质搬运和粉尘堆积/埋藏。石英“就地成因10Be”应由岩石风化前产生的10Be、搬运过程产生的10Be及堆积埋藏期间产生的10Be三部分构成。侵蚀物质搬运过程十分复杂，但多种证据表明，搬运时间