我国南方加积型网纹红土网纹形态特征及其与理化性质的关系

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第四纪加积型网纹红土在长江中下游地区分布较为广泛,是对第四纪环境变化的记录和响应,其中网纹形态特征的时空变化,很可能蕴含有我国南方第四纪气候与环境变化的独特信息,但是以往国内外研究者大多关注网纹红土的理化性质,较少研究网纹形态特征,探讨两者关系的更为鲜有。为此,本文基于前人对网纹红土理化性质的广泛研究,以江西九江剖面为例,从研究较少的网纹形态视角切入,利用ENVI、Arcgis、PS等软件并结合目视法对野外拍摄网纹红土照片进行网纹提取和解译,得到白网纹数目、面积、网纹密度、直径等网纹形态表征指标;在理化性质方面,对野外采得样品进行红、白土块的分离,测试了磁学、色度和地球化学等理化指标。对网纹形态和理化性质进行分析,初步探讨了两者关系及网纹形态的指示意义,并根据网纹红土特征对网纹化机制进行了一定的分析,进一步理解网纹化过程和网纹化结果在其形态特征和理化特征等不同方面的体现。初步得出以下结论:(1)在形态特征上,九江剖面网纹红土的白网纹面积、网纹密度自顶部向下至355cm,出现略微增加,365cm至455cm段略微波动的向下降低,455cm以下出现一点回升之后继续保持下降状态,直到555cm开始向下回升。总体而言,剖面自上而下白网纹发育面积和密度变小,到底部略有回升。网纹数量也由上至下逐渐减少。但单个白网纹直径自上而下呈现一定的增大趋势,即上部网纹发育细小而下部网纹发育相对粗大,且网纹延伸度也明显强于上部。从形态特征可以发现:越接近地表网纹发育越弱,相反底部网纹发育更加充分。(2)剖面自上而下,红基质、白网纹的理化性质存在较大偏差。(1)磁学方面,红基质x、HIRM、SIRM等参数均明显大于白网纹。且两者的磁学参数在剖面上的变化趋势则与铁含量及铁形态和铁矿物类型相关。(2)地球化学方面,Fe2O3在红基质中富集,白网纹中亏损。除了Si O2、Al2O3元素在白网纹略有富集,红基质里略有亏损,其他K2O、Na2O、Ca O、Mg O、Mn O等元素均为表现出强烈亏损。(3)色度方面,红基质的a*、白网纹的a*和b*均与各自Fe2O3含量表现出较好相关性;白网纹b*的变化趋势与风化参数较为吻合,指示随着剖面深度上升气候逐渐冷干。从以上三个理化指标可以看出,铁含量及不同铁矿物、铁形态类型是红基质与白网纹理化性质有所分异的主要原因。也即网纹化是铁分异的结果。(3)剖面网纹的形态特征与磁学、地球化学及色度等理化特征关系如下:(1)红基质的磁化率与白网纹面积、网纹密度之间具有较好的相关性。(2)白网纹面积、网纹密度和红基质Fe2O3含量在455cm以上深度对应更明显,在455cm以下深度则与白网纹Fe2O3含量更具相似性。在风化指标中,ba与网纹形态(网纹密度)的对应性在不同深度有所差异,说明风化在网纹化过程中扮演的角色并非唯一,可能还有其他影响因素例如氧化还原作用等。(3)白网纹a*、b*与面积指标具有较好的垂向变化对应关系。本剖面涉及的磁化率、Fe2O3含量及红度和黄度等变化与铁密切相关,如铁形态、铁矿物类型及铁含量的影响。因而,网纹形态变化也是铁元素变化的结果,理化性质和网纹形态均离不开网纹化作用。(4)南方网纹红土的形成是多期作用的结果,铁的氧化—还原与迁移—淀积是网纹形成的直接原因。风化作用的脱硅富铝铁化过程为红土提供了丰富的铁量,在此基础上,植物根系、有机碳、降水与地下水、土壤裂隙、氧气等内外部因素所营造的氧化—还原土壤环境使铁离子发生价态转化,受孔隙通道和水作用发生迁移—淀积的物理、生物、化学行为,在剖面形态上表现为红基质与白网纹交错分布特征。(5)网纹形态是网纹化的结果,网纹成因较为复杂,从ba和网纹密度对应程度来看,网纹形态(至少在网纹密度方面)对气候指示意义具有一定的局限性。通过对网纹形态特征和理化性质的对比分析,可以明白两者均是网纹化过程和网纹化结果的体现。网纹形成过程也是网纹物理形态特征(如面积、密度、数量及直径)和磁学、地球化学及色度等理化性质的变化过程,两者通过网纹化作用发生耦合。
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