环境磁学学习汇报课件.ppt

1、学习汇报学习汇报11.241环境磁学理论基础环境磁学理论基础2环境磁学应用领域环境磁学应用领域环境磁学环境磁学是一门介于地学、磁学和环境科学之间的新兴边缘学科。通过一定的载体载体恢复环境变化的历史。Environmental Magnetism磁性分类磁性分类顺磁性、抗磁性、顺磁性、抗磁性、铁磁性、亚铁磁性和不完整性反铁磁铁磁性、亚铁磁性和不完整性反铁磁性。性。天然磁性矿物磁性参数磁性参数 磁化率（k）、饱和等温剩（SIRM）、剩磁矫顽力（Bo）、软剩磁、硬剩磁、天然剩磁（NRM）、饱和磁化强度（Mr）及饱和剩磁与磁化率比值等。对环境研究来说，最有用的矿物磁性特征是磁化率和等温剩磁。天然剩磁（

2、NRM）：岩石、沉积物和土壤等天然物质通过某些天然作用获得的剩磁，特点是剩磁较弱但很稳定，在强度上为各种类型的剩余磁化强度的总和（TRM）磁性矿物在天然磁场中从居里点以上的温度冷却下来获得的剩余磁化强度（CRM）磁性矿物在居里温度以下发生化学变化，当磁性颗粒生长到临界体积（超顺磁单畴与稳定单畴的界线）时外磁场就被固定在该颗粒，从而获得的剩余磁化强度（DRM）碎屑磁性颗粒（已获得热剩磁或化学剩磁）在介质中沉降时使自己的净磁矩沿外场方向排列产生的剩余磁化强度弱场常温或实验室条件获得的剩磁粘滞剩磁（VRM）样品在新的外场作用下获得的剩磁，与时间密切相关等温剩磁（IRM）样品在特定温度（如室温）条件下

3、受稳定磁场作用获得的剩磁，剩磁的大小依赖于所加稳定磁场强度非磁滞剩磁（ARM）在弱恒定磁场存在的情况下，使样品经受强的并平衡地降低到零的各类交变磁场作用获得的剩余磁化强度影响环境物质磁性的影响环境物质磁性的3 3个主要因素个主要因素 磁性矿物的含量（X,SIRM）磁性矿物的晶粒特征(MD,PSD,SD,FV,SP)磁性矿物的类型ARM常用来鉴别稳定单畴铁磁晶粒0.02-0.04um，但前提是ARM与等温剩磁有关。磁化率频率系数Xfd%主要用来鉴定物质中细的铁磁晶粒（SP-FV）.鉴别超顺磁物质的一个可行方法，是进行温度磁化率的测量，SP随着温度的上升会发生显著的差异，从液氮温度测至室温，磁化率

4、可增加13-30%。环境磁学中，磁性矿物类型的鉴定基本上是利用不同磁场下的物质的IRM磁化和退磁特征。如针铁矿、磁铁矿及赤铁矿分别在120，580和680度左右解阻，而还有一些载磁矿物胶黄铁矿、磁黄铁矿、磁赤铁矿和钛磁铁矿均在300-350度或略高一点温度范围内解阻。利用交变退磁方法对带饱和剩磁的样品进行退磁，也可以确定磁性矿物类型，MDF(median destructive field)常用作硬磁成分的指标，MDF值越高，样品磁性越硬。研究领域研究领域古气候和古环境研究古气候和古环境研究环境污染环境污染第四纪地质第四纪地质 在黄土、深海沉积物、湖泊沉积在黄土、深海沉积物、湖泊沉积物等研究中

5、，利用磁参数变化曲线进物等研究中，利用磁参数变化曲线进行地层划分、样芯对比，突发事件指行地层划分、样芯对比，突发事件指示，沉积速率计算和物源判别，并极示，沉积速率计算和物源判别，并极好的指示气候变迁与环境的演化过程，好的指示气候变迁与环境的演化过程，且能与其他气候指标互相印证。且能与其他气候指标互相印证。环境磁学研究涉及大气圈、水圈和环境磁学研究涉及大气圈、水圈和岩石圈中的磁性颗粒，能为全球环境变岩石圈中的磁性颗粒，能为全球环境变化、气候过程和人类活动对环境的影响化、气候过程和人类活动对环境的影响等研究提供有价值的资料，其研究范围等研究提供有价值的资料，其研究范围不断扩大，已经成为当今全球变化

6、研究不断扩大，已经成为当今全球变化研究的热点。古气候和古环境的研究是最泛的热点。古气候和古环境的研究是最泛和最多的，迄今文献和专著数量可观。和最多的，迄今文献和专著数量可观。2 2 环境磁学应用领域环境磁学应用领域 各种环境指标各种环境指标磁化率磁化率粒度粒度碳酸钙碳酸钙有机碳有机碳同位素同位素 以黄土和湖泊沉积物为例磁化率磁化率 磁化率指示了夏季风环流的强度，可根据它的大磁化率指示了夏季风环流的强度，可根据它的大小，特别是其相对于粉尘原生磁化率的增量小，特别是其相对于粉尘原生磁化率的增量(成壤分成壤分量量)来大致确定夏季风的活动范围，并估计它的相对来大致确定夏季风的活动范围，并估计它的相对强

7、度强度.质量磁化率的高值指示了暖湿的气候环境质量磁化率的高值指示了暖湿的气候环境,反之反之,质量磁化率的低值指示了干冷的气候环境质量磁化率的低值指示了干冷的气候环境.粒度粒度利用此参数可以区分是哪种颗粒的物质对磁利用此参数可以区分是哪种颗粒的物质对磁化率的贡献较大。化率的贡献较大。如：低的ARM/x（0.01)组合指示了粗的铁磁晶粒。高的ARM/x（0.01)组合指示了细粒的铁磁晶粒。两者同为低值时，则指示了超顺磁颗粒贡献。局限性局限性：单纯的考虑粒度与磁化率单纯的考虑粒度与磁化率的关系不符合实际情况，因为沉积物的磁的关系不符合实际情况，因为沉积物的磁化率不仅是一个磁畴问题，而且与物源、化率不

8、仅是一个磁畴问题，而且与物源、沉积动力条件、沉积环境和次生条件的变沉积动力条件、沉积环境和次生条件的变化密切相关。化密切相关。粒度粒度黄土黄土而言，粒度的大小反映了风力强弱及风速大小，进而而言，粒度的大小反映了风力强弱及风速大小，进而可以重建风场。如经实验数据分析，将可以重建风场。如经实验数据分析，将30um粒级颗粒的含粒级颗粒的含量作为东亚冬季风强度变化的一个替代指标；量作为东亚冬季风强度变化的一个替代指标；2-8um与冬季风与冬季风强度变化反相关；强度变化反相关；8-30um粒级变化则没有直接的对应关系。粒级变化则没有直接的对应关系。2 Mullins C E.1997,Magnetism

9、 susceptibility of the soil and its significance in soil science:a review.J.Soil Sci.,28:223246.）3（Heller F,L IU T S.1982.Magnetostratigraphical dating of loess deposits in China.Nature,300:431433.）1Kukla G,Heller,Pleistocen climates in china dated by magnetic susceptibility.湖泊沉积物湖泊沉积物粒度大小变化可以很好的反映水

10、深。粒度大小变化可以很好的反映水深。即利用沉积物粒度的变化来研究湖泊水深变动，从而即利用沉积物粒度的变化来研究湖泊水深变动，从而外推到湖泊的扩张与收缩，已经得到广泛应用。外推到湖泊的扩张与收缩，已经得到广泛应用。1、Li Bingyuan,Zhu Liping.“Greatest lake period”and its palaeo-environment on the Tibetan Plateao.Journal of Geographical Sciences,2001,11(1);34-42.2、沈吉，张恩喽，夏威岚。青海湖千年来气候环境变化的湖泊沉积记录。第四纪研究，2001，21（

11、6）:508-513.3、Wang Junbo,Zhou Liping.Grain-size chacteristics and their Paleo-enviromental significance of Chen Co Lake sediments in Southern Tibet.Progress in Geography,2002,21(5);459-467.王君波，朱立平，藏南陈错沉积物的粒度特征及古环境意义。地理科学进展，2002,21（5）；459-4674、Meyers P A.Preservation of elemental and isotopic source i

12、dentification of sedimentary organic matter.Chemical Geology,1994,114;289-302.受保存条件，沉积速率以及埋藏效应影响。受保存条件，沉积速率以及埋藏效应影响。黄土中有机碳是在一定生物气候环境下的产物，其含量黄土中有机碳是在一定生物气候环境下的产物，其含量和性质与环境有关，气候温暖湿润，自然植被生长繁茂，和性质与环境有关，气候温暖湿润，自然植被生长繁茂，有利于有机碳生成和积累，相反，气候干燥寒冷，植被有利于有机碳生成和积累，相反，气候干燥寒冷，植被稀疏，沉积速率高，土壤中有机碳含量就贫乏。因此黄稀疏，沉积速率高，土壤中有机

13、碳含量就贫乏。因此黄土中有机碳含量变化是反映古气候变化的一个重要信息，土中有机碳含量变化是反映古气候变化的一个重要信息，可作为气候变化的一个代用指标。可作为气候变化的一个代用指标。一般来说，沉积物中的有机质对磁化率起着增高的作用，一般来说，沉积物中的有机质对磁化率起着增高的作用，一是多数有机质本身有趋磁性，二是某些微生物如趋磁细一是多数有机质本身有趋磁性，二是某些微生物如趋磁细菌能使低浓度的有机铁转换成强铁磁性矿物。菌能使低浓度的有机铁转换成强铁磁性矿物。有机质有机质(TOC)(TOC)1 Wen Qizhong,Diao Guiyi,Jia Rongfen,et al.Geochemical

14、 records of paleoclimaric changes in loess sectionJ,Quaternary Science,1995,(3);223-2312 顾兆炎，刘东生。中国第四纪黄土地球化学研究进展J。第四纪研究，2000,20（1）：41-54局限性局限性：并非所有的动植物机体，组织以及分泌物、：并非所有的动植物机体，组织以及分泌物、排泄物都能完整的保存在沉积物中，受到搬运、氧化排泄物都能完整的保存在沉积物中，受到搬运、氧化分解的影响。其含量随深度的增加而减少，即随时代分解的影响。其含量随深度的增加而减少，即随时代变老含量愈低。变老含量愈低。CaCO3CaCO3含量

15、含量黄土化学成分黄土化学成分CaCO3 的含量及淀积深度是黄土物质成分迁移、富的含量及淀积深度是黄土物质成分迁移、富集的表现集的表现,通过它可以恢复古降水量通过它可以恢复古降水量,揭示风化成壤作用的强弱以及揭示风化成壤作用的强弱以及气候的演化。气候的演化。原生和次生之分，主要是次生的。次生原生和次生之分，主要是次生的。次生CaCO3是在黄土沉积以后是在黄土沉积以后的风化成壤过程中形成的的风化成壤过程中形成的,它的物源来自它的物源来自4方面。（方面。（1）原生碎屑）原生碎屑CaCO3颗粒溶解后再沉淀形成的；颗粒溶解后再沉淀形成的；(2)含钙矿物风化后放出钙含钙矿物风化后放出钙,并和并和H2CO3

16、结合产生的；结合产生的；(3)黄土地层中还有生物活动产生的黄土地层中还有生物活动产生的CaCO3；(4)来自大气降水中的来自大气降水中的CaCO3。局限性局限性：碳酸盐来源类型比较复杂，如果是沉淀：碳酸盐来源类型比较复杂，如果是沉淀形成的对气候反映就不怎么明显。只有自生的才具有形成的对气候反映就不怎么明显。只有自生的才具有气候意义。这无疑对采样增加了难度。气候意义。这无疑对采样增加了难度。碳酸钙的含量在空间上自西北向东南依次减少的趋碳酸钙的含量在空间上自西北向东南依次减少的趋势与自西北向东南气候由干冷趋于势与自西北向东南气候由干冷趋于温湿温湿相一致。相一致。同位素同位素生物记录文献文献：综上，每种环境代用指标均能够给出一个环综上，每种环境代用指标均能够给出一个环境变化的过程。只是变化分辨率，变化幅度和对境变化的过程。只是变化分辨率，变化幅度和对特征事件的敏感程度不相同。由于自然界中的事特征事件的敏感程度不相同。由于自然界中的事物是相互联系的，因此各个代用指标也存在着多物是相互联系的，因此各个代用指标也存在着多重对应的关系，因此要想准确的解释环境变化的重对应的关系，因此要想准确的解释环境变化的过程以及敏感程度，必须采用多重指标才更具有过程以及敏感程度，必须采用多重指标才更具有合理性。合理性。谢谢