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东亚季风是全球气候系统的重要组成部分,研究其形成与演化历史对揭示青藏高原隆升、亚洲内陆干旱化等问题具有重要意义。研究黄土高原的风化成壤作用,是恢复东亚夏季风演变历史的重要手段。连续堆积的黄土—古土壤和红粘土序列记录了晚第三纪以来东亚季风气候的形成与演化历史,前人通过粒度、磁化率等古气候指标,已从中获得许多有关信息,但这些古气候指标还存在许多不确定性因素,影响所提取的古气候信息的完整性。要正确地理解黄土中所记录的古气候信息,有赖于新的古气候代用性指标的确定。本文通过对环县,西峰,灵台,宝鸡四个地区的最近13万年黄土—古土壤剖面中绿泥石的分布开展了研究,发现(绿泥石+高岭石)/伊利石的比值可作为新的夏季风变化的替代性指标,并初步建立了定量测定黄土—古土壤中绿泥石含量的新方法。
绿泥石存在于黄土和古土壤的各粒级中。在大于8μm粒径范围,黄土和古土壤样品中绿泥石的含量相近;在小于8μm的各粒级中,古土壤的绿泥石含量较同粒级的黄土为高,并且这种差别随粒级的减小而加剧。在小于2μm的粒径范围内,绿泥石在不同纬度地区的黄土和古土壤中,含量有着明显的变化。绿泥石在黄土中的含量随纬度变化不大,而在古土壤中的含量随着纬度的增加而增加。在同一剖面中,绿泥石在古土壤中的含量比其在黄土中的含量高。此外,绿泥石的含量与磁化率有着明显的负相关关系,随着绿泥石含量的升高,各地区所对应的磁化率的值相应的降低。因此,在黄土高原黄土—古土壤剖面中,绿泥石发生了明显的化学风化,其风化程度受剖面位置及气候的控制。在低纬度地区,降水量较大,温度较高,绿泥石在黄土和古土壤中的化学风化程度都相对较高,两者之间的差别也较纬度较高地区的为大。对黄土高原现代土壤样品中(绿泥石+高岭石)/伊利石的比值与年平均温度和年平均降水量有着良好的相关关系。(绿泥石+高岭石)/伊利石的比值可作为新的指示夏季风变化的替代性指标,对于定量重建古气候的变迁历史无疑具有重要的意义。
为了定量研究黄土中绿泥石的分布,本文首次提出了采用连续化学溶解法测定绿泥石绝对含量的新方法。该方法首先利用醋酸除去碳酸盐物质,然后采用CBD方法去除游离铁,最后用3M的热盐酸溶解出绿泥石,通过测定酸溶前后化学成分的变化,算出样品中绿泥石的绝对含量。该方法的发现,使定量确定黄土—古土壤中绿泥石的含量和分布,从而定量恢复黄土高原古气候变迁具有重要的意义。