热带地区Ngaoundal土壤的风化机制与演化轨迹：矿物学与地球化学特征揭示的成土过程

本研究针对热带地区Ngaoundal典型红土的成土机制问题，通过X射线衍射（XRD）和荧光光谱（XRF）技术，揭示了以石英（38.27%）、针铁矿（13.98%）和三水铝石（10.59%）为主的矿物组合特征，证实其高化学蚀变指数（CIA=96.38%）和硅铝铁比（S/R=1.09）指示的单硅铝化-铁铝化复合风化路径，为热带土壤资源利用和地质工程提供重要理论依据。

　　

在热带地区广袤的红土带中，土壤风化过程如同大自然精心设计的化学实验室，持续改造着地球表面。这些富含铁铝氧化物的红色土壤不仅覆盖了非洲大陆33%的面积，更是当地基础设施建设的重要材料。然而，随着经济快速发展，优质红土资源正面临枯竭危机。更棘手的是，不同地质背景形成的红土性质差异显著，若缺乏对成土机制的深入认知，极易导致工程早期损坏。位于喀麦隆阿达马瓦地区的Ngaoundal，其典型红土在雨季暴雨冲刷和旱季高温交替作用下，形成了独特的矿物组合和结构特征，但此前对其风化轨迹的系统研究仍属空白。

Center for Geological and Mining Research（CRGM，喀麦隆地质矿产研究中心）的研究团队开展了这项开创性工作。通过15个采样点的形态学观察、X射线衍射分析和地球化学测试，他们发现Ngaoundal红土呈现从红褐色（2.5YR 5/8）到暗棕色（7.5YR 6/8）的色调变化，含有毫米至厘米级结核。矿物学分析鉴定出8种特征矿物相，包括作为主要成分的石英（SiO₂，平均36.41%）、赤铁矿（Fe₂O₃，31.48%）和刚玉（Al₂O₃，17.72%）。特别值得注意的是，极高的化学蚀变指数（CIA=96.38%）和硅铝铁比值（S/R=1.09）揭示了强烈的单硅铝化（monosiallitisation）和铁铝富集过程。这项发表于《Geomorphology》的研究，首次系统阐明了该地区花岗岩基岩在热带气候下的完整风化轨迹。

研究团队采用多尺度技术手段：通过野外剖面观察记录土壤宏观特征；运用X射线衍射（XRD）进行全样矿物半定量分析；采用X射线荧光光谱（XRF）测定主量元素氧化物含量；基于Nesbitt和Babechuk模型计算化学蚀变指数（CIA）、铁铝化指数（MIA）等关键参数；最后通过SAF三元图解等可视化工具解析风化路径。

形态学特征分析显示，研究区红土具有显著的结核状结构，基质呈黏土至砂质黏土过渡。粒径分析表明，<0.08 mm的粉黏粒占比19.9%，2-80 μm砂粒占10.06%，而>2 mm的砾石含量高达64.92%。这种特殊结构与其矿物组成密切相关——XRD揭示的矿物组合中，石英（24.02-73.3%）、针铁矿（12.6-16.77%）和三水铝石（6.04-13.71%）构成主体，伴生赤铁矿、磁铁矿等次生矿物。

地球化学数据进一步印证了强烈风化特征。主量元素显示显著的硅流失和铁铝富集，其中NG19样品Fe₂O₃含量高达50.34%，而NG29和NG54则因较高SiO₂含量（68.09-69.38%）呈现较弱风化特征。通过S/R比值将样品分为三类：NG19代表强铁铝化红土（S/R=0.22），NG31等属中等风化（S/R=0.41-0.55），而NG29/54则为高岭土化产物（S/R=2.8-2.98）。

风化指数分析揭示了关键成土机制。CIA-MIA协同演化表明钙钠钾等碱金属几乎完全淋失，而IOL指数（23.76-80.93%）证实铁铝相对富集程度。AF-CNK-M三元图显示斜长石与镁铁质矿物同步分解，符合水解主导的风化模式。特别重要的是，A-CN-K图解揭示的风化路径平行于A-K边，说明该地区经历了典型的单硅铝化过程——花岗岩中长石类矿物经水解先转化为高岭石，最终在持续淋溶下形成三水铝石。

这项研究的意义在于建立了热带花岗岩风化产物的完整演化序列。矿物组合特征证实研究区处于单硅铝化向铁铝化过渡阶段，而不同采样点的风化程度差异则反映了微地形和水文条件的影响。研究提出的硅铝铁比值（S/R）分类方案，为工程用红土质量评估提供了量化指标。更值得关注的是，三水铝石的存在（平均10.59%）指示该地区年降雨量超过1300 mm的强淋溶环境，这一发现为重建古气候环境提供了新线索。从应用角度看，红土中膨胀性粘土矿物（如蒙脱石）的缺失，使其天然具备优良的工程稳定性，这对热带地区基础设施建设具有重要指导价值。

通过多学科方法的有机结合，Abdoul Aboubakar团队不仅阐明了Ngaoundal红土的风化机制，更建立了矿物学特征-地球化学参数-气候因子之间的响应关系。这项工作为理解热带表生过程提供了典型范例，其研究方法可推广至全球类似气候-地质背景区的土壤研究，对资源开发、环境保护和工程地质均具有深远意义。