成土体系中新生的矿物学风化指标探析
成土体系中新生的矿物学风化指标探析
摘要：地球表层的土壤沉积物记录了第四纪以来与气候、环境、人类等有关的地球演化信息,
是重要的研究过去历史的载体.成土体系中土壤的诸多特性都与成土期的气候环境信息息息相
关, 通过地质学研究方法可以提取某些特性并作为反演风化强度以及古气候的风化指标, 即古气
候替代指标. ——重点讨论了成土体系中新生的矿物学风化指标 粘土矿物与铁矿物的表征意义、
研究方法与实例分析, 并评述了其在反演气候方面的优势与局限性.成土作用中新生的粘土矿物
直接受成土期盛行的环境与气候条件的影响, 所以其组成、粒度、含量、结晶度等矿物学特征
充分记录了成土期的气候与环境信息.另外, 成土体系中也会新生成部分铁矿物.自生的铁矿物是
反映成土期的湿度条件、温度范围的有效指标, 因此对当时的气候演化历史也有很好的指示意
义.粘土矿物与铁矿物在一定的条件下都可以作为独立的重建古气候的替代指标, 但是在使用时
要充分考虑研究区域的地质背景、物源供给、气候类型、风化条件等客观局限对这些风化指标
的制约.另外, 对于区域内风化程度及古气候的重建, 通常多指标结合对比的方法更为可靠.
引言
硅酸盐的化学风化过程直接影响着成土作用并控制着地表的演化过程 (Gislason et al.,
2009;Dixon et al., 2016) , 而长尺度的碳循环与全球气候变化也处于成土作用中的剥蚀与风化过
程的潜在调控中 (Eiriksdottir et al., 2013) .因此, 评估控制成土风化过程中的因素对于更好地理解
地球演化进程至关重要.复杂的成土过程受控于气候主导下的温度与降水变化, 经过漫长的地质
时间积累后, ——— 会在地表广泛堆积成土作用的最终产物 土壤 (Dixon et al., 2009) .不同区域、
气候特点下的土壤具有相异的特性:不同的颜色、粒度、矿物组成等, 这些因素往往可以提取并
作为反演风化强度与气候改变的替代指标 (Sheldon and Tabor, 2009) .
目前我们在地表所见的土壤堆积基本属于第四纪以来成土作用的产物, 这些土壤中提出来的指
标可以反映第四纪的相关信息, 例如气候演化、季风环流、环境变迁、构造隆升、古人类繁盛
等诸多第四纪以来地球表面的生命脉动过程 (Sun et al., 2015a;Wang et al., 2015) .第四纪是地球
演化最新的阶段, 也是改变全球面貌最重要的阶段.冰川数度盛衰, 构造趋于活跃, 人类与文明的
诞生都发生在第四纪, 对第四纪气候演化的研究对于评估未来气候走势与环境发展有着极为重
要的意义, 因此, 对成土体系中风化指标的提取与研究也同样重要.
成土体系中常见的可以刻画风化强度的指标有地球化学指标、粒度指标、矿物学指标等
(Buggle et al., 2011;Stuut et al., 2014;Hong et al., 2015) .其中成土体系中新生的矿物学指标是此次
研究评述的重点.本文详细阐述了成土体系中的自生矿物在表征气候中所扮演的角色, 系统总结
了其在古气候重建中的研究方法、应用及意义.另外, 本文还详细探讨了自生矿物作为古气候替
代指标的局限性, 并展望了光谱学分析自生矿物特征和应用于风化重建中的可能.
1 成土作用
土壤是由多种风化过程相互作用下形成的复杂的系统, 是存在于大气圈、生物圈、水圈与岩石
圈连接处的多元化界面(Dixon et al., 2009) .在此界面发生的母岩降解与土壤生成的作用称为成
土作用, 成土作用发生的关键区域近年来受到更多的关注, “ ”被称为 关键带 , 是岩石、空气、水
与生命交汇的地方 (Brantley et al., 2007) .在此处, 物理、化学与生物风化相互作用, 互为影响, 形
成能量源源不断的引擎将关键带的基岩不断地转换成土壤, 改造着地球表面的面貌, 此过程可以
通过图1 简单概括 (Anderson et al., 2004;Brantley et al., 2007;曾方明等, 2014;曾方明, 2016) .
1.1 风化条件下的成土过程
在缓慢的成土过程中, 地表母岩在不断的风化过程积累下, 组成岩石的矿物会逐渐降解, 不同的
矿物风化降解的本质与速率首先是由矿物本身决定的.Goldich (1938) 在1938 年就指出, 地表主
要造岩矿物的风化敏感性与岩浆结晶顺序 (鲍文序列) 有直接的关系.所以橄榄石、辉石、角闪
石等在岩浆冷却过程中先结晶形成的矿物在风化开始后会更易于崩解蚀变.另外, 在近几十年的
研究中发现, 矿物的抗风化能力与其晶体结构与化学构成有直接的关系, 矿物晶体结构中的位错
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成土体系中新生的矿物学风化指标探析摘要：地球表层的土壤沉积物记录了第四纪以来与气候、环境、人类等有关的地球演化信息,是重要的研究过去历史的载体.成土体系中土壤的诸多特性都与成土期的气候环境信息息息相关,通过地质学研究方法可以提取某些特性并作为反演风化强度以及古气候的风化指标,即古气候替代指标.——重点讨论了成土体系中新生的矿物学风化指标粘土矿物与铁矿物的表征意义、研究方法与实例分析,并评述了其在反演气候方面的优势与局限性.成土作用中新生的粘土矿物直接受成土期盛行的环境与气候条件的影响,所以其组成、粒度、含量、结晶度等矿物学特征充分记录了成土期的气候与环境信息.另外,成土体系中也会新生成部分铁矿...
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作者：闻远设计
分类：社科文学类资料
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时间：2024-03-22
