古土壤是过去地质历史时期形成的土壤,它记录着土壤形成时期当地的古地理信息[1]。根据古土壤类型及特征,对照相应现代土壤类型的成土环境,可以重建古土壤形成时期的古环境[2]。近年来国内外学者通过对不同地质时期古土壤研究,在古气候变化与模拟[3,4,5,6,7]、古大气成分变化[8,9,10,11]、古生态恢复[12,13,14]、古地理与古景观重建[15,16,17]等方面取得了重要进展。
样品置于室内自然晾干,研磨至200目以上,供实验室测试使用。
常量元素含量测量:称取样品6g后压制成片,采用荷兰飞利浦公司生产的PW2403型X荧光光谱仪(XRF),对制备好的样品进行常量元素测量,测试过程中加入标样(GSS-5)进行质量控制。测量精度≥95%,变异系数(RSD)≤5%。
磁学实验方法见参考文献[24]。
色度测量:采用美国HunterLab公司生产的ColorFlex?EZ型分光色度仪进行色度测试。测试前使用仪器自带标准测试白板与黑板对仪器进行矫正,称取样品5g,均匀铺满在测试皿底部,压平不起皱,随机选测3个表面平整的区域,仪器自动求出3次测量的亮度(L*),红度(a*),黄度(b*)平均值。
以上常量元素含量和磁学测试过程在兰州大学西部环境教育部重点实验室完成,色度测试过程在福建师范大学湿润亚热带山地生态教育部重点实验室完成。2实验结果2.1常量元素
LRB古土壤剖面自上而下,SiO2含量不断减少,Fe2O3和Al2O3含量不断升高,表现出逐渐的脱硅富铝铁过程。Ca、Na、K和Mg等碱土金属大量淋失,说明LRB古土壤在形成过程中经历了强烈的化学风化作用。硅与铁、铝比值S(silica/sesquioxideratio):
化学蚀变指数CIA(thechemicalindexofalteration)是指示土壤化学风化强度的参数,表示为:
由于古土壤在埋藏成岩过程中钾可能产生富集,有学者用去除K2O之后的化学风化指数CIW(thechemicalindexofweathering)来表示古土壤的化学风化强度[41,42]。
CIW在古土壤中随年平均降水量增加而升高,可通过公式:
其中R代表年平均降水量、C代表CIW(R2=0.72,SE=±182mm)来半定量估算土壤形成时期古降水量[6,43],R2为相关系数,SE为标准误差。按照该方法对LRB古土壤形成时期降水量进行计算(表1),HM层形成时期年平均降水量为1336.83mm,悉尼现代年平均降水量为1276.50mm,差值较小,保持在误差范围以内,说明可以利用此方法对LRB古土壤形成时期降水进行估算。MU层中上部(1.3-4.0m)年平均降水量估算值为1471.22mm,高于悉尼现代降水量,与我国海南岛北部年平均降水量相当(1400~1800mm)[44]。
综上所述,LRB剖面中新世古土壤形成时期经历了强烈的化学风化作用,悉尼地区当时可能是一种湿热的热带气候,年平均降水量半定量重建值为1471.22mm,与我国海南岛北部更新世中期以来的气候(年平均降水量1400~1800mm)[44]较为接近。3.2LRB剖面中新世古土壤中磁性矿物转化与古温度
LRB剖面中新世古土壤形成时期降水丰沛,土壤中水分充足,铁、铝氧化物随水淋溶,最终在剖面底部淀积,从而形成铁、铝富集层。MU层属于土壤发生层中的淋溶层,铁的流失使土壤网纹化发育,流失的铁在该层下部开始淀积,土壤中出现铁结核。ML层是土壤发生层中的淀积层,上部淋溶的铁在该层大量富集,最终形成铁盘。
LRB古土壤剖面中磁性矿物由磁铁矿→磁赤铁矿化的磁铁矿→磁赤铁矿→赤铁矿的这种转变,尤其是磁赤铁矿和赤铁矿的大量富集,说明悉尼中新世早期对应着一种高温氧化环境[45,55]。前人通过碳同位素[10,56]和银杏叶化石植物气孔指数[8,9,11]研究,认为在16MaB.P.时全球大气CO2浓度为754±153ppm。虽然LRB剖面中新世古土壤形成时期悉尼地区古地理纬度较高(45°-50°S之间),但由于CO2的温室效应,可能导致悉尼地区当时的温度高于现在。同一时期在德国中部卡塞尔地区(45°N)也有砖红壤发育[57],这与中中新世气候较为湿暖相吻合[58,59,60]。4结论
澳大利亚的雨区在各季中皆呈一新月形分布图式。夏季雨区位北部沿岸,两尖端伸向西北和东北部沿岸。冬季雨区位南部沿岸,两尖端伸向西南和东南沿岸。春秋两季雨区位于东部沿岸,两尖端伸向东北部和东南部沿岸,故澳大利亚在年降水量的季节分配上北部属夏雨型,达尔文港11~4月降水占年降水量的95%;南部属冬雨型佩思5~10月降水量占年总量的85.3%;东部沿海为全年有雨型,惟北部夏雨稍多、南部秋雨较多;广大的内陆和西部地区终年干旱少雨,越往北夏雨比例越大,越往南冬雨越多。四、澳大利亚各地区气候成因
1. 澳大利亚东北部热带雨林气候的成因?
①夏半年,受到赤道低压带的控制,盛行上升气流,降水多;冬半年,因位于大分水岭的东侧,是东南信风的迎风坡,多地形雨;②沿岸有东澳大利亚暖流经过,增温增湿,故澳大利亚东部为热带雨林气候。
2. 澳大利亚东部亚热带季风性湿润气候的成因?
地处25°S~35°S的大分水岭的东侧迎风坡,受海陆热力性质差异的影响,夏季吹东南季风,降水较多,冬季吹西北季风,降水少。太平洋沿岸受东澳大利亚暖流的影响,增温增湿,降水较多。形成亚热带季风性湿润气候。
3. 澳大利亚东南部温带海洋性气候的成因?
地处中纬地区,常年受中纬西风的影响,终年温和湿润。
4. 澳大利亚西南部地中海气候的成因?
地处30°S以南的大陆西岸,受副热带高压带和西风带的交替控制。
5. 澳大利亚北部热带草原气候的成因?
①夏半年,受南移的赤道低压带影响,盛行上升气流,降水较多,且由于气压带风带南移,东北信风过赤道后偏转为西北季风,风从海洋上吹来,带来降水。②冬半年,受北移的东南信风带的控制,降水少。
6. 澳大利亚东部热带草原气候的成因?降水季节变化不明显,属森林和草原过度 ①冬半年,气压带风带北移,受副热带高气压带影响,盛行下沉气流,降水较少。②位于大分水岭西侧背风坡,降水较少。③东南信风越过大分水岭后下沉,形成焚风效应。
7. 澳大利亚南部热带草原气候的成因?
①冬半年受北移的副热带高气压带的控制,盛行下沉气流,干燥;②夏半年受来自海洋的东南信风的影响,降水较多。
8. 澳大利亚中西部形成热带沙漠气候的成因? ①南回归线横贯大陆中部,受副热带高气压带和信风带控制,降水少;②西岸有寒流流经,降水少,沙漠直逼海岸,所以中西部成为干热的热带沙漠气候。
9. 澳大利亚南回归线东西两岸气候差异的原因?
西部:受副热带高气压带和西澳大利亚寒流影响,降水稀少。东部:受季风、东南信风以及东澳大利亚暖流的影响,降水较多。
(1、南回归线横贯大陆中部,大部分地区处于副热带高气压带和东南信风控制,气候炎热干燥。
2、南部和西南部位于副热带高气压带和西风带交替控制地区,属地中海气候。
3、北部夏季来自赤道的西北风带来丰富的降水,多为湿季;冬季受东南信风控制,形成干季。
4、东南沿海一带,受澳大利亚暖流的影响,增温增湿,因而比较湿润,东北部常年吹来自海洋的东南信风,并受地形抬升,降水丰沛,形成热带雨林气候;东南部为亚热带季风性湿润气候;最南端和塔斯马尼亚岛常年受西风的影响,形成温带海洋性气候。
5、西部沿海受副热带高气压带控制和来自大陆的东南信风的控制,加上西澳大利亚寒流的影响,降温减湿,因而干燥少雨。中部受副热带高气压带控制,东部大分水岭阻挡了来自海洋的东南信风,形成干燥少雨的热带沙漠气候。