古土壤地球化学的某些问题——黄土风化过程中元素的变化

对黄土中埋藏古土壤的研究有过许多报道^[2,5,8].但对黄土风化过程中元素的变化讨论则不多.笔者是在近年来对陕西洛川黄土剖面工作的基础上,讨论了不同类型古土壤中元素的含量与分布,古土壤剖面中元素的变化.并将古土壤的化学组成与黄土母质进行比较,进而论述了在古气候变迁的影响下,黄土剖面中元素迁移、积聚的地球化学特征.这对探讨黄土的堆积环境和生物气候条件的演变,以及地层划分等均有十分重要意义.     

从古土壤看北京环境变迁

古土壤是在古自然环境条件下形的土壤,西胡林黄土剖面位于北京低山丘陵区,埋藏有七层古土壤,根据形态和微形态特征,可以划分出碳酸盐型古土壤、普通褐土型古土壤,淋溶褐土型古土壤和棕壤型古土壤。其地球化学特征和土壤学特性的研究表明,各古土壤类型之间和发生层之间存在着显著差异,通过古城磁测年和地层对比,确定古土壤的年龄。在研究古土壤性状的基础上,配合孢粉分析,可以勾画出北京低山丘陵区的环境变迁,北京地区自50万年前至1万前,交替经历了14次温湿、冷干的气候变化。     

辽宁朝阳凤凰山剖面古土壤序列土壤发育特征研究

通过对形态特征、矿质元素含量变化及分布特征、元素的淋溶(或聚积)状况、土壤发育指标等进行分析,探讨了辽宁朝阳凤凰山剖面古土壤序列的土壤发育特征和发育程度。研究结果表明,在凤凰山古土壤剖面中,自地表向下至19.85 m范围内,除现代土壤层S0(0～108 cm)外,还可划分出9个土壤地层,包括5层黄土(L1～L5)和4层古红土(S1～S4)。所有这些土壤地层都是发育在风积粉尘母质上的古土壤,形成时间介于71～423 ka B.P.之间。古土壤的发生与成土母质(粉尘)的沉积同步进行,发育成红色还是黄色的古土壤决定于不同的成土环境条件和粉尘沉积速率的相对大小。在凤凰山古土壤序列中,各层古红土比各层黄土质古土壤经受了更强的风化和淋溶作用,古红土发育程度明显强于黄土质古土壤。5层黄土质古土壤比较,土壤发育程度最弱的是L1层,最强的是L5层;比较4层古红土的发育程度,最弱的是S2层。纵观凤凰山古土壤序列,各个发育不同程度的古土壤交错排列,说明当地成土环境(气候)在423～71 ka B.P.间经过多次波动变化。     

秦岭南北黄土-古土壤微形态特征比较

以秦岭南侧黄坪村(HPC)和黄土高原长城塬(CCY)剖面为研究对象,对黄土-古土壤微形态进行了详细观察和比较,探究了微形态差异原因及意义。研究发现:(1)HPC和CCY剖面中,粗颗粒的等圆直径、面积、长度、周长等参数均表现为L_1L_tL_0S_0,古土壤S_0的黏土、孔隙含量均明显高于黄土(L_0、L_t、L_1),说明秦岭南北两侧晚更新以来黄土-古土壤的成壤强度均是经历了弱→强→弱的变化,指示了其都经历了干冷→暖湿→干冷的气候演变阶段。(2)粗颗粒的等圆直径、面积、长度、周长等形态参数反映了HPC剖面粗颗粒粒径小于CCY剖面;HPC剖面以淀积黏土为主,方解石完全淋失,孔隙以孔隙壁光滑的孔洞、孔道为主,而CCY剖面中以残积黏土为主,次生方解石发育,简单、复杂堆叠孔隙以及囊状孔隙占优势,说明了郧县盆地黄土-古土壤序列风化成壤程度强于黄土高原。     

黄土与古土壤中重金属的存在形态及风化成土作用对其影响

本文采用了七步连续萃取方法，研究了洛川黄土剖面黄土与古土壤中Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｏ和Ｎｉ五种重金属的存在形态。结果表明：黄土与古土壤中上述元素主要存在于残余态和晶形，无定形氧化铁的结合态中，而且线性回归分析表明Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ与晶形氧化铁之间存在关；ｃＵ，ｃＯ，Ｎｉ与无定形氧化铁之间存在相关；黄土风化为古土壤后，碳酸盐结合态的重金属含量增加是古土壤相对于黄土重金属增加的主要原因。     

周原全新世复合古土壤和成壤环境的微形态学研究

通过对陕西周原黄土剖面的微形态研究 ,结合微量元素、粒度及磁化率分析 ,探讨了黄土风化成壤的特征 ;揭示出该剖面的全新世古土壤S0 是温暖湿润的环境下形成的具有强烈粘化特征的复合土壤 ,是 60 0 0～ 5 0 0 0aB .P .出现的区域性干旱气候事件造成风尘加速堆积的结果。关中盆地在 85 0 0～60 0 0aB .P .风化成壤最为强烈 ,气候最为暖湿。在 5 0 0 0～ 3 1 0 0aB .P .又出现了一个比较强烈的成壤时期。而最近 3 1 0 0年以来是一个风尘堆积较强的相对干旱期。     

黄土与古土壤性质对坡面土生扭口藓分布的影响

在杨凌营盘的黄土-古土壤坡面上,出露黄土的层位生长有较好的土生扭口藓,而出露古土壤的层位少有土生扭口藓分布,采样分析黄土与古土壤的物理性质和营养元素的含量,并进行室内培养实验。结果表明：古土壤的细颗粒（≤0.02 mm）含量高于黄土的;古土壤的速效K、速效Mn、速效Fe和有机质的含量高于黄土的;古土壤的CaCO3含量和速效P含量低于黄土的。在2个月的培养实验中,并未发现4个样品的生长状况出现显著差异。因此,黄土与古土壤营养元素的差异不是导致土生扭口藓空间分异的直接原因。由于古土壤粘粒含量较高,其表层更容易形成结皮,而且古土壤团聚体之间的粘合力较弱,在坡度约65°的坡面上,结皮在重力作用下脱落,而少有土生扭口藓分布。CaCO3含量与土生扭口藓分布的关联性还有待进一步研究。     

四川盆地中生代古土壤发生学特征及古环境意义

古土壤形成于地质历史时期的地球表面,直接记录了其形成时地球陆地表层的环境信息.以四川盆地中生代古土壤为研究对象,通过古土壤的形态与微形态、矿物组成、颗粒组成以及地球化学等成土特征的观察与分析,开展土壤发生学特征概述与分类研究并探讨古土壤指示的环境意义.结果表明:(1)四川盆地中生代古土壤具有生物遗迹、成壤碳酸盐结核、土...     

昆山绰墩古土壤粒度特征及母质判别

自第四纪晚期以来,来自黄土高原的粉尘在风力作用下不断向东南扩张,在长江中下游地区形成了下蜀黄土。太湖流域的部分水稻土就是在下蜀黄土之上发育的。本文对绰墩古土壤的粒度组成特征进行了系统的研究。结果表明,绰墩古土壤<5μm粘粒、5~10μm细粉砂和10~50μm粗粉砂组分平均含量分别为22.89%、22.96%和63.52%,其中10~50μm粗粉砂组分为众数粒组。>50μm砂粒平均含量仅为5.10%。绰墩古土壤粒度组成与镇江下蜀黄土粒度组成具高度相关性(r=0.97)。根据粒度分析,我们初步认定绰墩古土壤母质为下蜀黄土。     

镇江下蜀黄土的稀土元素地球化学特征研究

稀土元素(REE)作为示踪元素在各种岩石的成因、物源、演化及形成环境等方面均具有重要意义。对镇江大港下蜀黄土-古土壤剖面中稀土元素含量和分布特征的研究结果表明:镇江下蜀黄土-古土壤剖面∑REE变化于193.7~214.9μg g-1之间,平均值为207.7μg g-1。下蜀黄土REE绝对丰度明显高于黄土高原黄土,这主要是由于下蜀黄土中粘粒组分含量较高,对REE特别是轻稀土元素(LREE)产生较强的吸附作用造成的。镇江下蜀黄土和黄土高原黄土的REE特征参数及配分模式具有很好的相似性,它们均与上陆壳(UCC)具有相近的REE组成;下蜀黄土剖面不同时代样品的REE分布模式几乎完全一致。这些特征为下蜀黄土的“风成说”提供了新的地球化学证据,并揭示了下蜀黄土的物质来源区可能是一个广泛而开放的空间范围,下蜀黄土粉尘颗粒在搬运过程中经过了高度的混合。镇江下蜀黄土的稀土元素特征主要继承了原始物质的特征,粉尘物质堆积后虽经过较强的风化成土作用,轻重稀土间的分馏强于黄土高原黄土,但总体来说化学风化对REE的分馏作用并不十分显著,古土壤层与黄土层样品的REE组成差异不大,没有产生明显的Ce和Eu再分馏。     

黄土高原新近纪红黏土磁性特征研究

黄土高原第四纪黄土之下,埋藏着更加古老的新近纪红黏土。以黄土高原甘肃西峰剖面和灵台剖面为例,采集了两个剖面第四纪黄土和古土壤与新近纪红黏土典型样品,比较了各自风化强度和磁性特征的差异。结果表明,新近纪红黏土样品的风化强度与第四纪古土壤较为接近,远强于第四纪黄土;但新近纪红黏土磁化率显著减弱,在西峰剖面平均只有古土壤的1/5、黄土的1/2;在灵台剖面平均亦不到古土壤的1/2,并小于黄土。两剖面黄土、古土壤与新近纪红黏土磁化率与有机质和活性铁含量呈显著正相关,说明有机质含量与铁活化程度对磁性矿物的含量有显著影响。因此,新近纪红黏土磁性的减弱,可能由于沉积年代久,有机质含量减少,氧化铁矿物老化,磁赤铁矿转化成赤铁矿;也有可能与地下水活动,导致磁性矿物的溶蚀有关。有关机理仍需作进一步研究。     

西安少陵塬黄土—古土壤序列S_3剖面元素迁移及古气候意义

以西安少陵塬S3古土壤剖面为研究对象,通过地球化学分析并结合野外剖面观察,探讨该剖面的元素迁移、化学风化特征及其所揭示的气候变化等问题。结果表明:(1)少陵塬剖面S3黏化层具有3层结构,根据铁质胶膜发育、Ca CO3迁移等可以将S3剖面构型划分为黏化层(Bts1-Bts2-Bts3)、风化淋滤黄土层(BC)和Ca CO3结核淀积层(Bck);(2)Bts层Ca O与Ca CO3迁移程度最大,淋失率分别达到了-99.3%、-83.1%,Sr、Na2O和Mg O也发生了显著迁移,而Fe2O3、Al2O3和Rb则在黏化层略有富集,尤其Fe2O3和Al2O3在Bts3层有明显富集;(3)少陵塬S3古土壤介于初等风化向中等强度风化的过渡阶段,风化作用由BC→Bts2→Bts1→Bts3逐渐增强,Bts3已基本完成初期脱Ca、Na风化过程;(4)依据Ca CO3与Fe2O3的迁移富集特点确定,少陵塬剖面S3古土壤Bts3发育时的土壤为弱碱性,而Bts1和Bts2为碱性;初步确定少陵塬S3为黄褐土,S3发育时期西安地区的年均降水量为800 mm左右。     

黄土古土壤的抗剪强度特性

[目的]对原状和扰动古土壤抗剪强度随含水量和干密度的变化进行研究,为黄土地区的边坡工程、隧道工程以及地下建筑工程设计施工中参数的选取提供依据。[方法]分别对相同干密度、不同含水量的原状样,不同干密度、不同含水量的扰动样及与原状样相同干密度、相同含水量的扰动样进行室内直剪试验。[结果]在干密度相同的条件下,原状和扰动古土壤的黏聚力随含水量的增大而减小;在同一含水量指标下,原状古土壤的黏聚力大于扰动古土壤,二者的内摩擦角亦随含水量的增大而减小。[结论]黄土古土壤的抗剪强度指标随着含水量的增大而减小,黏聚力与含水量呈指数函数关系,内摩擦角与含水量呈二次抛物线关系。     

扶风古土壤中的铁和锰

黄土中埋藏古土壤,以其鲜明的不同颜色,粘化现象、碳酸盐淋溶淀积等与黄土母质相区别。     

朱显谟教授关于黄土—古土壤研究简述

黄土高原不仅是华夏民族之摇篮和农业文化发祥地,而且因其黄土分布面积之广、黄土沉积之深厚、黄土-古土壤发育之完整与蕴藏历史环境信息之丰富,均为世界之最。远在40多年前的建国初期,朱显谟教授在野外考察中曾发现在深厚黄土层中广泛分布的多层“红色土”实际上是古老土壤的遗迹,当时称之为“红层”或埋藏土。     

“黄土-古土壤”序列中氧化铁和有机质对磁化率的影响

对黄土高原的灵台剖面“黄土 -古土壤”序列的研究表明 ,黄土与古土壤中游离态铁 (Fed)、活性态铁 (Feo)和有机质含量均与磁化率 (χ)呈极显著的正相关性 (p <0 .0 1)。Fed 对磁化率的显著影响 ,说明了成土作用强度 ,会影响古土壤铁磁性矿物的形成。有机质对磁化率产生的显著影响可能与生物成磁作用有关。另外 ,成土过程中有机质的存在 ,有利于次生磁赤铁矿的形成 ;以及古土壤形成后 ,有机质的存在可妨碍磁赤铁矿的老化 ,使之不易转化为赤铁矿 ,可能也是重要原因。Feo 与磁化率的极显著相关性 ,主要应与Feo和Fed、有机质的密切联系有关     

甘肃天水地区中新世古土壤的微形态特征及其古环境意义

通过对甘肃天水地区中新世古土壤(孙家剖面的第17～20层古土壤、下山剖面的第79～82层古土壤)微形态、粒度、碳酸钙含量、Rb/Sr、CIW、磁化率和色度指标的综合分析,揭示出该区中新世古土壤发育强度普遍高于当地现代土壤,其中早中新世中晚期古土壤发育程度相对较弱,古土壤类型为森林-森林草原型褐土-碳酸盐褐土,成壤时期气候为湿润-半湿润,指示亚洲季风可能在早中新世中晚期已经出现,强度较弱,但仍高于现代当地季风强度;中中新世古土壤发育程度强,古土壤类型为森林淋溶型褐土至棕壤,成壤时期气候温暖湿润,说明中中新世夏季风可能已很强盛,并且明显高于现在当地季风强度。     

豫中黄土地区全新世黄土剖面成壤作用与古气候研究

通过对河南豫中黄土地区黄土剖面化学元素的深入研究认为:在该地区全新世中期风化成壤过程中,Al、Fe、K、Ti、Rb、Ba等元素在古土壤中相对富集,表现出残留富集的特征;而Si、Ca、Na、Sr等元素则在风化剖面中淋失。而Al、Na在成壤过程中因具有不同的地球化学行为,从而产生显著的分异现象,并且随着成壤作用的增强分异加剧。因此,Al/Na值在黄土剖面中的变化反映了风尘堆积物成壤强度的变化,能够作为成壤作用、气候变化的替代指标。     

黄土高原古土壤成土过程的特异性及发生学意义

中国西北地区 ,从中新世以来就有持续不断的风尘沉积。这种风尘沉积作用即使在气候较为湿热的古土壤发育时期也未中断。黄土上土壤发生的独特性在于成土过程与风尘沉积的同步性。这种独特的成土过程使得土壤剖面深厚而均匀 ,常呈复合性状。古土壤与下伏黄土 ,不再是土壤与母质的关系 ;古土壤的真正母质应是成土过程中不断添加的风尘物质。古土壤中并不存在埋藏A层 ,对古土壤进行A、B、C等发生学层次的划分值得商榷。由于富含碳酸钙风尘物质的不断添入 ,成土作用强度受到不断削弱 ,绝大多数古土壤的成土作用强度未达到棕壤的发育强度。     

皖南网纹红土的剖面风化特征及其古气候意义

气候变化下土壤物质过程的响应特征是全球变化研究的重要主题。选取安徽宣城剖面,通过元素分析,对其风化强度特征进行了研究。结合与黄土高原第四纪黄土、古土壤、江苏镇江下蜀土以及江西九江红土等典型风成堆积剖面的对比分析,得出以下结论:(1)宣城红土剖面经历了高强度的化学风化作用,长石损失殆尽,进一步的风化作用已导致其含K矿物(黑云母、伊利石和钾长石)的分解,次生粘土矿物以高岭石为主。此外,宣城红土与其他剖面相比,显著强于镇江下蜀土,远强于洛川黄土与古土壤,而与九江红土的风化程度较为相近。(2)在地形、母岩等条件相似的情况下,气候(特别是温度和降水量)是控制化学风化程度的主要因素,并且与温度相比降水因素可能起着更为重要的制约作用。(3)在地质历史时期,宣城→镇江→洛川,随着地域的北移,气候环境向干冷方向发展。(4)BA,Na/K和硅铁铝率的剖面变化特征揭示,中更新世早、中期,气候相对温暖潮湿,之后气候总体恶化,向干冷方向发展。但在此过程中,伴随着大姑-庐山间冰期和末次间冰期的到来气候又出现过两次短暂的回暖过程,并且在晚更新世早期呈现兼有干湿交替的特征。