大气生成宇宙成因核素~(10)Be在中国黄土中的应用研究进展

中国黄土~(10)Be研究大体上经历了三个阶段:(1)地球化学行为研究:~(10)Be主要吸附于细颗粒及粘土颗粒,在黄土中保存性好,不会发生明显的化学迁移过程;(2)古气候代用指标应用:~(10)Be在黄土和古土壤层中的浓度变化与代表气候变化的深海氧同位素曲线变化一致,且可借此进行黄土年代标尺的建立;(3)地球环境示踪研究:示踪地磁场倒转及漂移事件,恢复古地磁场相对强度变化,以及定量重建黄土高原地区古降水变化历史等。由于近年来黄土~(10)Be环境示踪研究取得了可喜的成果,笔者认为有必要从以上三个方面对中国黄土~(10)Be研究历史进行较为系统的梳理回顾,总结当前最新研究进展,展望未来黄土~(10)Be在环境示踪中的研究方向,希望能使读者在短时间内了解中国黄土~(10)Be研究的发展脉络。     

降尘~(10)Be浓度对黄土~(10)Be示踪地磁场变化研究的影响

运用我国黄土地层中的~(10)Be记录来示踪地磁场漂移事件和重建相对强度变化历史在最近几年取得了显著进展。开展上述研究的关键点之一在于如何对黄土~(10)Be记录中包含的源区降尘~(10)Be浓度等信号的相对贡献进行合理估算。本文参考最新的现代粉尘~(10)Be浓度观测数据,设计了3种改变降尘~(10)Be浓度的情景分别建立了130 ka以来黄土~(10)Be记录的地磁场漂移事件时间序列。综合对比表明,3种情景下的重建结果并无差异,说明源区降尘~(10)Be浓度幅值变化不会对~(10)Be示踪地磁场变化的结果产生显著影响。同时分离的130 ka以来受地磁场变化影响的~(10)Be记录可与PISO-1500等全球典型地磁场强度曲线良好对比,并完整地记录了蒙诺湖(Mono Lake)、拉尚(Laschamp)、挪威海-格陵兰(Norweigian-Greenland sea event)和布莱克(Blake)等主要地磁场漂移事件,揭示了黄土~(10)Be重建的地磁场变化曲线的全球尺度意义并印证了中国黄土在千年尺度的连续性问题。     

宇宙成因核素~(10)Be 在全球变化研究中的一些应用

~(10)Be是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的产物,通过大气降水沉降到地表。本文介绍了~(10)Be在大气圈降水、极冰、深海沉积物、锰结核、土壤、黄土、湖相沉积物、生物圈等环境系统的分布特征,并对~(10)Be变化与太阳活动变化的关系、~(10)Be产生率与地球磁场极性倒转关系、~(10)Be沉积速率与各种全球传输过程关系,以及~(10)Be作为一种测年工具的应用前景等进行了广泛的论述。     

鹤庆湖泊沉积物样品的BeO制备

湖泊沉积物是研究古气候、古环境的理想对象。本文选取鹤庆湖泊沉积物开展了样品BeO制备的实验研究。通过对比黄土提取~(10)Be的思路,利用条件实验确定了先沉淀去除常量元素,再进行阳离子交换的新的实验流程。加速器质谱仪的测量结果表明该流程有效可靠,为下一步拓展湖泊~(10)Be环境示踪的新方向提供了实验方法基础。     

黄土高原及周边地区土壤有机质对现代土壤磁化率的影响

磁化率是黄土-古土壤序列古气候研究的一个重要指标。本文调查了黄土高原及周边地区三种类型土壤的磁化率、土壤有机碳含量、有机碳同位素组成和碳氮比值等指标。样品采集自黄土-沙漠过渡区、黄土塬面和森林地区,代表了黄土高原地区主要的土壤类型。结果显示:黄土塬面、林区、黄土-沙漠过渡区土壤的磁化率变化区间分别为26.6×10~(-8)—61.4×10~(-8) m~3?kg~(-1)、68.6×10~(-8)—107.5×10~(-8) m~3?kg~(-1)、8.5×10~(-8)—44.4×10~(-8) m~3?kg~(-1)。黄土塬面土壤有机碳含量在0.05%到0.62%之间变化,而林区土壤的有机碳含量在1.19%到3.35%间变化。黄土塬面的土壤C/N比值也较低,在0.6到6.1之间变化,林区样品C/N比值在6.2到11.83之间变化。黄土-沙漠过渡区土壤磁化率较低,森林地区土壤磁化率较高,土壤磁化率与有机碳含量、C/N比值呈正相关关系。笔者认为有机质含量增加对土壤的磁化率增强有明显贡献。有机质含量较高时,更适宜土壤中磁性细菌的生长。同时,较高的有机质含量指示着较高植被覆盖,这也对土壤中磁性矿物增加有一定贡献。燃烧有机质还会使非磁性矿物更易转化为磁性矿物。这些因素都会增强土壤的磁化率。     

黄土中宇宙成因核素~(10)Be提取条件检验

鉴于利用中国黄土中的宇宙成因核素~(10)Be示踪高分辨率的古地磁场变化研究工作需要高精度、低本底的化学实验结果,为获得现有样品制备流程的详细数据并优化实验流程,文章对酸提取效率进行了检验。通过采用不同温度、不同酸度在加热板和微波消解仪下的提取效率对比检验,获得了不同条件下的可靠实验数据,检验了现有流程提取两次可将样品中90%以上的~(10)Be提取出来,达到实验要求。     

新疆伊犁地区近地表黄土的磁化率研究

伊犁盆地位于亚洲中纬度内陆,其特殊的构造和地理位置,使得该区具有特殊的气候 环境。分布在盆地内的黄土记录了该区气候环境的变化过程,但是由于受到区域气候、海拔及 近地物源的影响,使得磁化率在该区的表现和环境意义与黄土高原黄土中的会有差异。为了较 准确的应用磁化率指标表征气候环境意义,就必须理解磁化率变化所受到的制约因素。本文通 过伊犁盆地近地表采取的38 个黄土样品（相当于黄土高原马兰黄土顶层）,应用粒度,磁化率, 元素分析的方法,结合地形和气候因素,初步探讨了近地表黄土的磁性特征、地域分异和受控 因素,指出了磁化率在伊犁古环境研究中需考虑的问题。结果表明,近地表黄土样品的磁化率 与<2 μm 的粘粒含量、Fe2O3 含量成负相关,与>63 μm 的粗粒级含量呈正相关关系;样品的频 率磁化率与<2 μm 含量、Fe2O3 含量呈正相关;成壤作用形成的超顺磁颗粒对磁化率的贡献有限, 粗颗粒组分对磁化率贡献较大。近地表黄土磁化率与降水、海拔高度、局地物源等多种因子有关, 在黄土古气候解译中需要综合考虑这些因子对磁化率变化的可能影响。     

铍的长寿命放射性同位素加速器质谱测量研究与进展

铍(Be)的两种长寿命放射性同位素~(10)Be与~7Be在地质及环境科学等领域有着广泛的运用,对于二者准确、灵敏、便捷、低成本和快速的测定一直是科学家们基于实际应用所追求的目标。二者不同的衰变模式与半衰期决定了测量的主要方式:~(10)Be依赖于加速器质谱法(AMS);而~7Be最为广泛的是γ射线能谱法,但~7Be的AMS测量可以弥补γ射线能谱法相对效率低,灵敏度差的劣势。本文回顾了~(10)Be与~7Be的加速器质谱测量研究现状与进展,特别是结合不同的原理与方法介绍了~(10)Be-AMS技术的发展。以此同时,本文还介绍了西安加速器质谱中心3 MV AMS测量~(10)Be的工作的现状,及近期结合超级卤素负离子对~(10)Be测量的新方法;并对~7Be-AMS测量在Xi’an-AMS上的可能性初探进行报道。     

山东淄博佛村黄土沉积多指标记录的气候环境演变过程

对山东省淄博市寨里镇佛村黄土剖面(FC剖面)进行粒度、磁化率及色度等沉积学指标分析,结果表明:(1)FC剖面6个光释光样品年龄结果介于3.02±0.45—100.99±13.58 ka,说明FC剖面是末次间冰期以来的沉积物;(2)根据沉积物粒度频率分布曲线和粒度组成特征,并与伊犁黄土、黄土高原黄土对比,可判知FC剖面为风成沉积物;(3)FC剖面磁化率与色度曲线具有相似的变化趋势,较好指示了黄土沉积时的冷暖干湿变化;(4)根据粒度中值粒径(Md)、低频磁化率(χlf)、土壤颜色(L~*,a~*)、环境敏感组分(56.23—112.20μm)等气候代用指标并结合光释光测年结果,将FC剖面划分为5个部分,分别对应于深海同位素MIS1—MIS5时期。1、3、5部分分别对应MIS1、MIS3早期、MIS5阶段,夏季风强盛,气候较暖湿,发育古土壤;2部分对应MIS2和MIS3中晚期阶段,4部分对应MIS4阶段,冬季风强盛,气候较干冷,堆积黄土。     

宇宙成因核素10Be的地球化学行为及其在黄土示踪研究中的应用

¹⁰Be是一种典型的长寿命宇宙成因核素,对其在自然界中的分布规律、迁移形式和赋存状态等地球化学行为特征的研究,是利用沉积物¹⁰Be记录进行定年和环境示踪研究的理论基础。其中明确¹⁰Be在不同沉积物中的赋存状态是研究¹⁰Be保存性的基础,而¹⁰Be在固相和液相介质中的分配系数Kd则主要反映了¹⁰Be在固相和液相中的迁移能力,对研究自然界不同沉积物中¹⁰Be的迁移性至关重要,直接影响到沉积物中¹⁰Be环境示踪研究的有效性。本文尝试总结了大气成因¹⁰Be在海洋、河流沉积物和土壤中的赋存状态,分析了¹⁰Be分配系数Kd的分布范围及其主要控制因素。在此基础上以土壤中¹⁰Be的分布特征、迁移规律及影响因素研究为参考实例,对比分析了目前已有对黄土-古土壤序列中¹⁰Be地球化学行为研究取得的主要成果,建议未来应从地球化学机制方面进一步加强对黄土地层序列¹⁰Be分布特征、浓度变化规律及可能影响因素的综合研究,为黄土¹⁰Be示踪研究提供更全面的理论依据。     

黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物记录的古气候信息

伊犁地区位于我国新疆地区西北部,为天山山脉环绕。区内降水自西向东递增,而温 度则由于海拔高度的抬升而逐渐降低。上述地理环境有利于分析和探讨温度和降水与黄土沉积 物中次生细粒强磁性颗粒数量之间关系。本研究在伊犁河谷西部地区,对不同海拔高度黄土表 层沉积物进行样品采集。环境磁学分析结果显示：黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物含量与降 水量之间存在很好的正相关关系,而与温度之间存在反相关关系。结合黄土高原的研究结果可 以发现：温度对黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物的数量影响微弱,降水是控制其含量的主要 因素;即：在黄土古气候研究中,次生细粒强磁性矿物的磁化率可以作为古降水量的代用指标, 但对温度变化不敏感。     

末次冰期东海嵊山岛黄土元素地球化学特征及其古气候意义

以东部季风区浙江省舟山群岛嵊山岛黄土沉积为研究对象,在光释光测年基础上,探讨黄土沉积的元素地球化学等特征并揭示其记录的古气候意义。光释光年代结果显示,嵊山岛黄土堆积于末次冰期时期。黄土中地球化学成分以SiO_2、Al₂O₃和Fe₂O₃为主,占比90.22%,与黄土高原洛川剖面中黄土层和古土壤层以及镇江下蜀黄土样品相比,嵊山岛黄土常量元素中的铝、铁元素表现为相对富集,钙、钠和钾元素相对亏损,化学蚀变指数CIA为85.1。从东部嵊山岛到西北黄土高原洛川,不同区域黄土风化强度差异显著,总体表现为：嵊山岛黄土>镇江下蜀黄土>陆源页岩>洛川古土壤>洛川黄土>上陆壳(UCC)。嵊山岛黄土沉积剖面磁化率平均值为70.9×10^-8 m³/kg,磁化率随剖面深度变化明显。结合磁化率指标,嵊山岛黄土地球化学记录揭示了末次冰期间冰阶时期气候大体呈现由暖湿至冷干再至暖湿的波动特征,这与会宁黄土、下蜀黄土等所反映的MIS3时段气候变...     

农村村落地表灰尘磁化率特征及环境意义——以商丘市毛堌堆镇为例

通过对商丘市毛堌堆镇若干村落地表灰尘磁化率进行测试,对比自然村落和集聚村落地表灰尘磁化率、集聚村落与城市地表灰尘磁化率,以及探究集聚村落内部地表灰尘磁化率差异,定量研究农村村落的地表灰尘磁化率特征。结果表明:灰尘磁化率(Xlf)变幅为50.12×10~(-8)~266.97×10~(-8) m~3/kg,平均值为115.51×10~(-8) m~3/kg;频率磁化率(Xfd%)变幅为0.93%~5.97%,平均值为2.73%;磁化率与频率磁化率呈负相关关系,表明地表灰尘磁化率升高主要受人为活动影响;集聚村落地表灰尘磁化率大于自然村落但小于城市;集聚村落中心地表灰尘磁化率大于外围;灰尘磁化率值与村落规模呈正相关。农村地表灰尘磁化率可以揭示各农村村落地表灰尘污染状况。     

一种有用的宇宙成因核——~(10)Be

<正> 导言~(10)Be,是一种宇宙成因核,是通过宇宙射线与上层大气作用形成的。其主要核反应为~(14)N(P,X)~(10)Be 和~(16)O(P,X)~(10)Be。~(10)Be 是β~-发射体,半衰期为1.5×10~6年。大气中产生的~(10)Be,是通过各种途径(主要是通过降雨)而沉积在地球表面上。目前已测定各种地球物质中~(10)Be 的含量极低,约为10~4—10~9原子数/克,估算的全球平均产生速率为2.1×10~(-2)原子/厘米~2·秒。自从1956年 Arnold 第一次测定海洋沉积物中的     

1961—2014年黄土高原气温和降水变化趋势

利用黄土高原地区52个气象站1961—2014年月气温和月降水资料,采用线性趋势法、累积距平法、Mann-Kendall法和Morlet小波分析等方法,对近54年来黄土高原气候变化和突变现象进行了分析。结果表明:1961—2014年黄土高原年平均气温呈上升趋势,线性趋势为0.31℃?10a~(-1)(P0.01),在1991年前后发生了由低温到高温的突变。四季均温均呈增加趋势,其中冬季增速最大,达0.44℃?10a~(-1)。气温年代际变化呈现明显的变暖趋势,1991年以后变暖加速,其中冬季均温增速最大。年均气温增速较大的地区位于黄土高原北部地区,黄土高原南部地区气温增速较小,变暖速率的空间分布随纬度升高而变大。1961—2014年黄土高原年降水量变化不明显,整体呈波动式下降,线性趋势为-7.51 mm?10a~(-1)(P0.05);其中1961—1970年属于降水偏多的年代,而1991—2000年属于降水偏少的年代。季节降水量呈现不同变化趋势和强度,其中秋季、夏季和春季降水量呈减少趋势,秋季降水减少速率最大,为-3.56 mm?10a~(-1);而冬季呈弱增加趋势,为0.43 mm?10a~(-1)。年降水量减少速率最大的地区位于黄土高原东南部,而黄土高原西北部降水变化不明显。Morlet小波分析结果表明,黄土高原年平均气温存在4 a和7~9 a变化周期,黄土高原年降水量存在5~7 a和12~14 a变化周期。通过以上分析,近54年黄土高原气候总体呈现暖干化趋势。     

城市表土磁学特征对污染源的指示

分析徐州市城市表层土壤样品的磁学参数(磁化率、频率磁化率、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁磁化率、热磁曲线和磁滞回线)变化特征,结果表明,徐州城市表土主要由单畴(SD)和多畴(MD)的亚铁磁性矿物控制,但也存在一定量的赤铁矿。人类活动导致徐州城市表土磁化率显著增加,交通区、居民区、绿地区的平均磁化率分别为:273.06×10~(-8)、111.02×10~(-8)和65.24×10~(-8)m~3/kg。交通运输是市中心交通区和居民区表土磁化率增加的主要来源,工业区附近道路表土中磁性矿物浓度大于远离工业区的交通道路和居民区,绿地区磁性矿物浓度较低。     

黄土-古土壤中蜗牛化石总数古气候意义探讨

本文通过研究黄土高原西北—东南断面上三个剖面(渭南、洛川、九州台)末次间冰期以来的蜗牛化石记录,探讨了黄土-古土壤序列中蜗牛化石个体总数可能保存的古气候信息。研究表明,黄土-古土壤中蜗牛化石总数主要受控于研究区域保存条件(温度、降水及相联系的成壤强度)和生存条件(气候环境条件是否适宜蜗牛的生存)。保存条件为黄土高原南部蜗牛化石总数的主要影响因素,而黄土高原北部主要受生存条件控制,黄土高原中部则同时受两个因素的影响。基于洛川蜗牛化石总数的变化特征指出,~400 ka前后冰期气候状况存在明显差异,400 ka前的冰期更加适宜蜗牛的生存,此后洛川地区冰期蜗牛生存的气候环境条件不断恶化。本研究为利用蜗牛化石探讨黄土高原古气候、古环境变化提供了重要参考。     

青藏高原阶段性隆升对亚洲干旱半干旱区冬季粉尘循环的影响（英文）

粉尘是大气气溶胶的主要成分之一,对大气能量平衡起着关键作用。一般来讲,黄土高原(LP)粉尘主要来源于北方沙漠区,但有关中国东部及其周边地区粉尘来源的争论仍在继续。为此,本文对比分析了亚洲主要粉尘源区如中亚(CA)和中蒙(CM)粉尘循环对青藏高原阶段性隆升的响应,探讨了CA和CM粉尘排放对下游的贡献。利用美国大气研究中心(NCAR)最新发布的通用地球系统模式(CESM 1.0),进行了改变青藏高原海拔高度为现在10%,20%,30%…100%的9个数值试验。分析结果表明,随着青藏高原阶段性隆升中亚和中蒙干旱区冬季降水均线性减弱,与前人研究结果一致。青藏高原阶段性隆升阻塞西风环流使其减弱从而引起中亚粉尘释放减弱;而青藏高原阶段性隆升引起亚洲冬季风加强,促使中蒙粉尘释放加强,与中亚相反。模拟结果与地质记录对比进一步证实了中蒙粉尘源区对黄土高原、中国东部及临近区域粉尘沉降的贡献。     

末次间冰期以来渭河盆地沉积相变化及其影响

渭河盆地南依秦岭、北邻黄土高原,保存了巨厚的风尘河湖相沉积序列,是研究新生代气候环境演化的理想场所.以位于西安凹陷区域的西安市鄠邑区正庄村获取的14 m钻孔岩心作为研究对象,通过与邻近的渭南黄土剖面粒度曲线和全球LR04深海氧同位素曲线对比,构建了岩心序列的年代标尺,利用粒度、磁化率等指标探讨风尘-湖相沉积对风力和水动力的不同响应.对粒度测试结果采用威布尔分布(Weibull-distribution)拟合方法,提取了4个粒度组分指示不同沉积相及变化,结果表明:(1)西安凹陷鄠邑地区在末次间冰期结束时发生了一次沉积相变,由湖泊沉积转向风成沉积;(2)尽管沉积相发生变化,粒度指标对沉积环境变化响应仍然敏感,与黄土和石笋记录可良好对比,揭示出末次间冰期以来渭河盆地沉积环境的显著变化.     

磁化率对城郊耕地土壤重金属污染的指示研究——以许昌市为例

为探讨磁化率对土壤重金属污染的指示作用,利用磁化率仪和X射线荧光光谱仪对许昌市的城郊耕地土壤样品磁化率和重金属含量进行定量分析。结果显示,许昌城郊耕地土壤磁化率为35×10~(-8)~126×10~(-8)m~3/kg,平均值为94×10~(-8)m~3/kg,频率磁化率变化范围在4.7%~11.6%之间,平均值为7.9%。土壤中Pb、Cu、Zn、Cr含量分别为18.35~53.29、18.66~43.86、55.88~169.81和60.28~82.13μg/g,平均值分别超过背景值1.31、1.23、1.41、1.11倍。磁化率与Pb和Cu呈显著正相关,与Zn和Cr相关性不显著,表明磁化率可以指示Pb和Cu含量。土壤的污染负荷指数为0.95~2.03,平均值为1.24,表明许昌城郊耕地土壤重金属污染主要为中度污染水平,土壤磁化率与重金属污染负荷指数呈显著正相关,磁化率可以指示土壤重金属污染水平。