中东亚风尘源区表层细粒组分的磁性特征与空间分异

【摘要】全球广布的风成沉积-黄土是研究过去环境与气候变化的良好载体。环境磁学指标(典型的如磁化率等)在以黄土为研究对象的古环境、古气候重建中发挥了重要作用。然而,相对于以往典型剖面黄土磁性特征的纵向变化研究而言,表层风尘物质磁性特征的空间变化研究尚不够全面和系统。如,现代表层物质风尘组分的磁性特征有着怎样的空间分布,其变异规律如何,这一空间变异是否并如何受到气候条件／环境要素的控制和影响等。因此,本文拟以中东亚干旱-半干旱区为例,探究风尘源区表层细粒组分磁性特征的空间分异,并分析气候、环境等因素对这一空间分异的影响；以期深入了解粉尘的形成与传播过程,更准确的理解尤其是干旱半干旱区域黄土沉积记录的环境、气候历史；为进一步认识区域乃至全球环境、气候演变过程和规律提供重建手段上的理论支持。本文以中东亚风尘源区为主要研究区域,包括塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、柴达木盆地、戈壁沙漠、河西走廊等。通过对如上区域典型样品的系统磁学参数测量,如室温磁滞回线(Ms、Mrs、Bcr、Bc等)、低温剩磁变化(SIRM、Verwey转换等)和低温磁化率变化(x)等,确定其主要磁性矿物的组成、浓度以及磁畴状态的空间分布,分析磁性矿物的空间分异,并探究气候环境要素对其磁性特征空间变化的控制和影响。同时,结合以上的空间分析,本文对位于天山北麓中梁黄土剖面的磁性特征进行了测量和分析,明确提出了常规磁学参数反映的物理意义,并对其指示的环境意义进行了初步探讨。本文的研究结果主要包括如下几个方面：(1)环境磁学从环境磁学与岩石磁学角度,相对于以往集中于对黄土磁性特征历史变化的研究,本文将对黄土(状)组分磁性特征的变化研究拓展到空间范围。黄土(状)物质的时、空变化机制相结合,进一步加深对黄土沉积演化的认识,拓展对常规磁学参数环境指示意义(如磁化率、饱和磁化强度)的认识的同时,提出了一些新的环境磁学参数如Mn(10K)来量化磁铁矿的表面氧化程度(磁赤铁矿化度)等矿物沉积后的环境改造过程,为定量分析干旱半干旱区粉尘沉积后的风化程度和极端气候条件下古环境的重建提供潜在指标。(2)风(?)粉尘在风(?)粉尘的动力学研究方面,本文通过理论模型推演与数据实测提出了粉尘传播的密度依存模式,即以同一种方式风力传播(如悬移)的各种矿物因密度不同而具有不同的粒径范围。即密度越大,矿物能被“悬移”传播的颗粒粒径越小；反之密度小的矿物,即使较大的粒径也可以被“悬移”搬运,其中一个重要推论是重矿物(以磁铁矿为例)在沿下风向悬移传播过程中其的含量会逐渐降低,而轻矿物(如石英)的在粉尘组成中的比重会逐渐增加。该发现很好地解释了磁性矿物含量的空间分异,并且很好解释了黄土高原黄土与中国干旱区黄土沉积中矿物组成上的空间差异。(3)基于黄土环境磁学的环境气候研究其一,本文分析了如上风尘源区细粒组分磁铁矿的空间分异规律与控制因素,为进一步的环境重建提供理论与现代支持。其二,发现磁铁矿从粉尘源区到不同沉积区域空间演变的具有不同Verwey转换方式,从而为定性判断黄土沉积后的土壤发育程度提供可靠的理论依据。其三,以中梁剖面为例,分析了近源区的干旱区黄土沉积磁性变化特征；并指出该剖面黄土磁化率’(xlf)主要反映的是磁性矿物的输入浓度,不受后期次生磁性矿物影响,可以反映粉尘的搬运动力,表现为“风尘输入模式”。本文的研究意义在于,首先对中东亚风尘源区细粒组分的磁性特征和主要磁性矿物进行了相对系统、全面的研究,确定其组成、浓度和空间分布。这在以往古气候、古环境研究和环境磁学研究中尚属空白。其次,本文研究揭示在如上风尘源区风力分馏效应主要影响着典型磁性矿物如磁铁矿含量的空间分布,而磁铁矿的表面氧化程度则更多受控于年均降水的变化。再次,以中梁剖面为例,本文指出干旱半干旱区黄土的磁化率值可以反映的是磁铁矿输入含量的变化,进而与搬运动力相联系。尽管如此,对于该区域进一步的古气候、古环境重建工作,仍需要更多代表性的剖面,并与以后的其他记录相对比。
【作者】魏海涛；
【导师】陈发虎；夏敦胜；SubirBanerjee；
【作者基本信息】兰州大学，自然地理，2012，博士
【关键词】风尘源区；磁铁矿；空间分异；黄土；

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