中国黄土及其古气候意义

焦译漫

摘 要：黄土高原是古气候环境的历史藏在自然界用密码写就的一本本“秘岌”之一。黄土高原的黄土——古土壤序列对研究古气候变化具有重要意义。通过黄土——古土壤的交替出现，来研究古气候的变化旋回。研究发现黄土的颜色、粒度等与古气候变化存在一定的关系。

关键词：黄土——古土壤;颜色;粒度;古气候

1 黄土高原简介

1.1 成因

第四纪时期，青藏高原的存在和上升，阻挡了从印度洋吹来的西南季风的侵入，因此，大陆内部的气候变得越来越干，从而有利于风尘的生成和搬运。[1]

远古地质时期的西北季风将中亚和蒙古高原地区的黄色粉尘源源不断地吹向东部，颗粒较大的粗砂留在了新疆和内蒙古，并在那里形成大片沙漠和戈壁。其余的粉尘物質随风继续南下被青藏高原和秦岭挡住了去路，向东受制于太行山，最终在甘肃、陕西、山西一带沉降下来。同时随着风力的减弱粗的粉尘颗粒被抛撒下来，然后是中等颗粒，最后是细小颗粒。黄土高原降雨少，属于半干旱地区，有利于以粉砂为主体的沉积物的保留，逐渐叠覆形成黄土高原。

1.2 地形

黄在地貌学上，黄土高原可称为一个巨地貌单元。长期的侵蚀和切割形成了土高原特有的地形，最常见的为峁、墚和塬。

峁：多分布于黄土高原北部，为圆锥形丘陵，是一种发育在各种黄土堆积上的参丘。

墚：多分布于黄土高原中部，为长条形的脊状地形，是一种叠加古侵蚀地形;塬：多分布于黄土高原南部，为平台状地形，由多层叠覆的黄土/古土壤层构成。[1]

1.3 黄土地层结构

中国黄土在地层上可分为早更新世午城黄土、中更新世离石黄土、晚更新世马兰黄土和全新世黄土。黄土高原有两种类型的地层结构，分别为连续的黄土——古土壤相和不整合的黄土——河湖相结构。

2 黄土颜色指示的古气候

土壤的颜色变化可用两种表色系统表达，分别为芒赛尔表色系统的色调、亮度和色饱和度，以及 CIELAB 表色系统的亮度（L * ）、红度（a * ）、黄度（b * ），也有研究者用灰度、白度和红度表征土壤颜色变化。[2]

2.1 亮度与红度的古气候意义

黄土与古土壤亮度与红度的差异，主要与碳酸盐、铁氧化物的含量变化有关 。[3-11]研究表明，碳酸盐对土壤亮度的影响在古土壤中弱而黄土中强，铁氧化物亦是如此。红度是随着赤铁矿含量的增加显著增大，而赤铁矿形成于暖干的气候条件。

古土壤发育期气候相对温湿，由于雨水的淋溶作用，碳酸盐在土层中向下运动，所以碳酸盐含量低，土壤亮度偏低。土壤中铁被氧化，形成磁铁矿和部分赤铁矿，导致红度偏高。反之，黄土堆积期气候相对冷干，碳酸盐含量高而铁氧化物含量低，土壤亮度偏高而红度偏低。

因而，黄土的颜色变化可间接反映风化成土作用的强弱，用于古季风强度的重建。[5-9，11]

2.2 白度的古气候意义

黄土地层中白度值的变化主要受细粒级铁氧化物的含量控制。铁是黄土地层中稳定元素，既不会迁出也不会丢失，只发生价态的变化。

间冰期时，降雨量大，气候炎热，植被茂密，风化成壤作用强，不稳定粗粒铁氧化物易分解、细粒化，以及碳酸盐等盐类大量淋失，导致细粒级铁氧化物增多，使土壤颜色加深，白度值降低。冰期时情况则相反。

因此黄土一古土壤序列中的白度变化可以反映受夏季风环流强度控制的风化成壤作用的强弱。

3 黄土粒度指示的古气候

在黄土沉积中，粒度粗细代表风力的强度，可作为冬季风强弱的指标。黄土中粒度分布与粒径有关，而粒径的大小主要取决于风力强度。一般来说，在气候较为干冷的时期，风力较强，沉积物中颗粒物较粗，粒径较大;而在气候较为温暖的时期，沉积的颗粒物细，粒径较小。

因此，研究黄土剖面粒度组成及其特征，有利于了解黄土沉积时期形成环境。

参考文献：

[1]刘东生.黄土与环境[J].西安交通大学学报（社会科学版），2002，22（4）：1-6.

[2]何柳，孙有斌，安芷生.中国黄土颜色变化的控制因素和古气候意义[J].地球化学，2010，39（5）：1-9.

[3]Ji Junfeng，Balsam W，Chen Jun.Mineralogic and climatic interpretations of the Luochuan Loess section（China） based on diffuse reflectance spectrophotometry[J].Quatern Res，2001，56（1）：23-30.

[4]季峻峰，陈骏，Balsam W，刘连文，陈，赵良，周玮.黄土剖面中赤铁矿和针铁矿的定量分析与气候干湿变化研究[J].第四纪研究，2007，27（2）：221-229.

[5]高万一，林本海，孙东怀.黄土反射光谱研究与气候波动[M].刘东生，安芷生.黄土·第四纪地质·全球变化（第三集）.北京：科学出版社，1992：92-100.

[6]Chen Jun，Ji Junfeng，Balsam W，Chen Yang，Liu Lianwen，AnZhisheng.Characterization of the Chinese loess-paleosol stratigraphy by whiteness measurement[J].Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol，2002，183（3/4）：287-297.

[7]Yang Shi-ling，Ding Zhong-li.Color reflectance of Chinese loess and its implications for climate gradient changes during the last two glacial-interglacial cycles[J].Geophys Res Lett，2003，30（20），2058，doi：10.1029/2003GL018346.

[8]Yang Shengli，Fang Xiaomin，Li Jijun，An Zhisheng，ChenShiyue，Fukusana H.Transformation functions of soil color and climate[J].Sci China（D），2001，44（suppl 1）：218-226.

[9]Porter S C.High-resolution paleoclimatic information from Chinese eolian sediments based on grayscale intensity profiles[J].Quatern Res，2000，53（1）：70-77.

[10]Fang Xiaomin，Ono Y，Fukusawa H，Pan Baotian，Li Jijun，Guan Donghong，Oi K，Tsukamoto S，Torii M，Mishima T.Asian summer monsoon instability during the past 60，000 years：Magnetic susceptibility and pedogenic evidence from the western Chinese Loess Plateau[J].Earth Planet Sci Lett，1999，168（3/4）：219-232.

[11]陈，陈骏，季峻峰，刘连文，鹿化煜.陕西洛川黄土剖面的白度参数及其古气候意义[J].地质论评，2002，48（1）：38-43.