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碳酸鹽地球化學在黃土體系中的應用 黄土的来源 黄土的组成和特征 黄土记录 黄土中各种类型的碳酸盐 黄土碳酸盐的应用 黄土概况 分布：纬度30-55度间，气候属温带和沙漠前缘的半干旱地带，是工农业高度发展和人口集中区。 面积：覆盖约10%的地球陆地表面。中国的分布面积达54万平方公里，黄土高原连续分布面积约27.3万平方公里，占全国耕地1/5强。 黄河流域是中华文明的发源地。黄土疏松多孔，质地均匀，易于耕作和形成肥田沃土。但也易被侵蚀，产生水土流失。 黄土的定义 以风力搬运堆积未经次生扰动的、无层理的、黄色粉质富含碳酸盐并具有大孔隙的土状沉积物。 风力搬运堆积之外的其他成因的黄色的，又常常具有层理和沙、砾石层的粉土状沉积物称之为黄土状岩石，也叫次生黄土。多数为黄土经流水等营力再搬运。 黄土的来源 黄土在分布上几乎都与沙漠、戈壁的分布有密切联系，其碎屑矿物种类多而复杂，与下伏及附近基岩无明显关系，而与沙漠、戈壁沉积物或冰碛物相似。 风力搬运的粉尘颗粒（0.005-0.05mm）占50-80%且含大量棱角状石英颗粒，富含碳酸盐（10-15%）。 说明黄土物质来源是沙漠、戈壁地区，或第四纪冰川地区。 黄土的组成 0.05-0.01mm粉砂粒组，45-60%，0.005mm粘粒组，15-25%，0.25-0.05mm粗颗粒组（碳酸盐为主），20%。 主要矿物为石英、长石和方解石。而在粘粒组中，伊利石~50%，高岭石约15-20%，蒙脱石15%。 化学成分：SiO2 (50%), Al2O3 (10%), CaO (7.5-10.5%), Fe2O3 (3-6%), FeO (0.4-1.5%), MgO (1.5-5%), K2O (1.5-2.5%), Na2O (1.2-2.3%). 黄土记录 从黄土－古土壤沉积获得夏季风变化记录主要基于季风降水与土壤风化的关系，即降水量越高，风化越强。两种最常用的指标：1、磁化率, 2、化学元素比值 粒度变化的主要扩张因素: 1、风力强度, 2、沙漠－黄土高原距离 基于化学过程的季风指标（如磁化率、元素比值）往往受多因素控制，相比之下，基于沉积过程的季风指标要更为可靠。沙漠南界移动为大尺度现象 黄土颗粒与搬运方式 1、40mm: Suspension 2、40-70mm: Modified Saltztion 3、70mm: Saltation 在黄土高原内部黄土沉积中的沙粒组分(63mm)从北到南的快速降低，难以用风力强度变化来解释，其主要控制因素应是沙漠的南北移动 约3Ma来夏季风变化的机制 北半球冰盖及海冰的扩大促使西伯利亚高压加强（down-stream Cooling)、夏季变短，从而导致夏季风不易北上、季风爆发日期推迟、北撤日期提前。 冰盖扩大促使海面大幅下降、西太平洋边缘海暴露、大陆度增加，从而使季风雨带不易到达内陆。 大陆冰盖扩大的同时，青藏高原上的覆冰面积和积雪范围亦可能扩大，由此使夏季风减弱。 黄土中各种类型的碳酸盐 原生碳酸盐：从来源区携带而来，风成。 次生碳酸盐：由矿物风化、大气降水、地下水和生物活动带到黄土中。 沉积颗粒状：含钙矿物风化后放出钙，并和CO32-结合产生的，如古土壤中含有钙长石等可释放钙的矿物，当风化作用较强，矿物发生化学分解时，其中的钙就会从矿物中分离出来，并与结合形成CaCO3 结核状 生物壳：蜗牛 * * The loess-paleosol sequence at Lingtai, Ganshu Province, China 磁化率与季风降水的关系 降水增加 基本不变 随之增加 不升反降 黄土磁化率值的响应 40 30 Present mountains desert Gobi desert Study sites 90 80 70 130 100 110 30 40 120 LGM(20-10ka) 110 30 40 Holocene Optimum(8-4ka) Sun, Ding, Liu (1998) Episodes 沙粒百分含量从北到南变化 红粘土的源区范围探讨 ? 2 ? 3 ? 4 ? 5 *