中國黃土及其古氣候意義

焦譯漫

摘 要：黃土高原是古氣候環(huán)境的歷史藏在自然界用密碼寫就的一本本“秘岌”之一。黃土高原的黃土——古土壤序列對(duì)研究古氣候變化具有重要意義。通過黃土——古土壤的交替出現(xiàn)，來研究古氣候的變化旋回。研究發(fā)現(xiàn)黃土的顏色、粒度等與古氣候變化存在一定的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：黃土——古土壤;顏色;粒度;古氣候

1 黃土高原簡(jiǎn)介

1.1 成因

第四紀(jì)時(shí)期，青藏高原的存在和上升，阻擋了從印度洋吹來的西南季風(fēng)的侵入，因此，大陸內(nèi)部的氣候變得越來越干，從而有利于風(fēng)塵的生成和搬運(yùn)。[1]

遠(yuǎn)古地質(zhì)時(shí)期的西北季風(fēng)將中亞和蒙古高原地區(qū)的黃色粉塵源源不斷地吹向東部，顆粒較大的粗砂留在了新疆和內(nèi)蒙古，并在那里形成大片沙漠和戈壁。其余的粉塵物質(zhì)隨風(fēng)繼續(xù)南下被青藏高原和秦嶺擋住了去路，向東受制于太行山，最終在甘肅、陜西、山西一帶沉降下來。同時(shí)隨著風(fēng)力的減弱粗的粉塵顆粒被拋撒下來，然后是中等顆粒，最后是細(xì)小顆粒。黃土高原降雨少，屬于半干旱地區(qū)，有利于以粉砂為主體的沉積物的保留，逐漸疊覆形成黃土高原。

1.2 地形

黃在地貌學(xué)上，黃土高原可稱為一個(gè)巨地貌單元。長(zhǎng)期的侵蝕和切割形成了土高原特有的地形，最常見的為峁、墚和塬。

峁：多分布于黃土高原北部，為圓錐形丘陵，是一種發(fā)育在各種黃土堆積上的參丘。

墚：多分布于黃土高原中部，為長(zhǎng)條形的脊?fàn)畹匦危且环N疊加古侵蝕地形;塬：多分布于黃土高原南部，為平臺(tái)狀地形，由多層疊覆的黃土/古土壤層構(gòu)成。[1]

1.3 黃土地層結(jié)構(gòu)

中國黃土在地層上可分為早更新世午城黃土、中更新世離石黃土、晚更新世馬蘭黃土和全新世黃土。黃土高原有兩種類型的地層結(jié)構(gòu)，分別為連續(xù)的黃土——古土壤相和不整合的黃土——河湖相結(jié)構(gòu)。

2 黃土顏色指示的古氣候

土壤的顏色變化可用兩種表色系統(tǒng)表達(dá)，分別為芒賽爾表色系統(tǒng)的色調(diào)、亮度和色飽和度，以及 CIELAB 表色系統(tǒng)的亮度（L * ）、紅度（a * ）、黃度（b * ），也有研究者用灰度、白度和紅度表征土壤顏色變化。[2]

2.1 亮度與紅度的古氣候意義

黃土與古土壤亮度與紅度的差異，主要與碳酸鹽、鐵氧化物的含量變化有關(guān) 。[3-11]研究表明，碳酸鹽對(duì)土壤亮度的影響在古土壤中弱而黃土中強(qiáng)，鐵氧化物亦是如此。紅度是隨著赤鐵礦含量的增加顯著增大，而赤鐵礦形成于暖干的氣候條件。

古土壤發(fā)育期氣候相對(duì)溫濕，由于雨水的淋溶作用，碳酸鹽在土層中向下運(yùn)動(dòng)，所以碳酸鹽含量低，土壤亮度偏低。土壤中鐵被氧化，形成磁鐵礦和部分赤鐵礦，導(dǎo)致紅度偏高。反之，黃土堆積期氣候相對(duì)冷干，碳酸鹽含量高而鐵氧化物含量低，土壤亮度偏高而紅度偏低。

因而，黃土的顏色變化可間接反映風(fēng)化成土作用的強(qiáng)弱，用于古季風(fēng)強(qiáng)度的重建。[5-9，11]

2.2 白度的古氣候意義

黃土地層中白度值的變化主要受細(xì)粒級(jí)鐵氧化物的含量控制。鐵是黃土地層中穩(wěn)定元素，既不會(huì)遷出也不會(huì)丟失，只發(fā)生價(jià)態(tài)的變化。

間冰期時(shí)，降雨量大，氣候炎熱，植被茂密，風(fēng)化成壤作用強(qiáng)，不穩(wěn)定粗粒鐵氧化物易分解、細(xì)粒化，以及碳酸鹽等鹽類大量淋失，導(dǎo)致細(xì)粒級(jí)鐵氧化物增多，使土壤顏色加深，白度值降低。冰期時(shí)情況則相反。

因此黃土一古土壤序列中的白度變化可以反映受夏季風(fēng)環(huán)流強(qiáng)度控制的風(fēng)化成壤作用的強(qiáng)弱。

3 黃土粒度指示的古氣候

在黃土沉積中，粒度粗細(xì)代表風(fēng)力的強(qiáng)度，可作為冬季風(fēng)強(qiáng)弱的指標(biāo)。黃土中粒度分布與粒徑有關(guān)，而粒徑的大小主要取決于風(fēng)力強(qiáng)度。一般來說，在氣候較為干冷的時(shí)期，風(fēng)力較強(qiáng)，沉積物中顆粒物較粗，粒徑較大;而在氣候較為溫暖的時(shí)期，沉積的顆粒物細(xì)，粒徑較小。

因此，研究黃土剖面粒度組成及其特征，有利于了解黃土沉積時(shí)期形成環(huán)境。

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