中国黄土高原中东部黄土-古土壤气候驱动型微结构分异机制及其古气候指示意义

本研究针对黄土-古土壤序列如何记录东亚季风演化这一关键科学问题，通过整合古地磁地层学、物理化学分析和高分辨率微结构表征技术，系统揭示了黄土与古土壤在颗粒形态（angular particles vs. rounded pits）、基质组成（illite-chlorite vs. illite-smectite/kaolinite）和孔隙结构（macropores vs. micropores）三方面的气候驱动型分异机制，为第四纪古气候重建提供了可量化的微结构指标。

　　

在全球气候变化研究领域，黄土-古土壤序列被誉为"地质温度计"，尤其是中国黄土高原（LPC）连续沉积的370,000 km²风成沉积物，记录了距今250万年来最完整的古气候信息。然而，这些气候信号如何通过微观尺度结构特征编码保存，始终是学界亟待破解的"地质密码"。山西吕梁山区典型剖面TB（110°29′E, 37°35′N）的最新研究，首次从微米级结构差异中解码出东亚季风演化的关键证据。

山西大学研究团队采用多尺度研究方法，结合古地磁定年、X射线衍射（XRD）矿物分析和场发射扫描电镜（FE-SEM）三维重构技术，对剖面中交替出现的黄土（L）与古土壤（P）单元进行系统比对。通过建立粒径分布-矿物转化-孔隙网络的关联模型，揭示了气候强迫作用下的三大结构分异规律：在颗粒形态维度，黄土保持风力搬运形成的棱角状结构（angular particles）及平行解理特征，而古土壤发育化学风化特有的溶蚀坑（rounded pits）；基质组成方面，黄土中伊利石-绿泥石（illite-chlorite）组合仅占30 vol%，古土壤则富集次生方解石和伊蒙混层矿物（illite-smectite），含量超40 vol%；孔隙体系差异最为显著，黄土保留孔径>50 μm的沉积型大孔隙（macropores），古土壤则改造为<10 μm的成壤型微孔隙（micropores）网络。

【Profiling and sampling】
研究选取吕梁山脉东缘临县土坂村剖面，通过磁化率曲线划分出8层黄土-7层古土壤的典型序列，采样间距精确至2 cm，确保涵盖所有气候转型界面。

【Minerals】
XRD定量分析显示，古土壤层粘土矿物总量较相邻黄土层平均增加6.43%，其中伊蒙混层矿物含量提升12.17%，揭示温暖湿润条件下蒙脱石转化过程增强。

【Discussion】
冬季风主导期（黄土沉积阶段）的强风力输送形成粗颗粒优势堆积，而夏季风增强期（古土壤形成阶段）的化学风化导致颗粒圆度增加32%、比表面积扩大5倍。这种气候-结构耦合关系为重建季风强度变化提供了新的定量指标。

研究结论创新性提出"微结构气候代用指标"概念，证实黄土的松散点接触结构（point contacts）与古土壤的渗透胶结结构（pervasive cementation）分别对应冷干-暖湿气候模态。该发现不仅完善了"黄土化（loessification）"与"成壤作用（pedogenesis）"的理论框架，更通过可测量的结构参数（如孔隙定向指数IC值差异达0.38），为解码东亚季风突变事件提供了新的研究范式。论文发表于《Journal of Asian Earth Sciences》，其建立的微结构-气候响应模型，对预测极端气候事件下的地表过程演变具有重要启示。