风积地层中铁矿物随环境变化及其启示

铁在不同温度和湿度环境中形成不同铁的化合物,如铁的氧化物、氢氧化物、硫化物和碳酸盐等。这些不同种类含铁矿物可以通过磁学方法测量,根据它们含量与比例特征来分析过去地球环境变化。黄土是一种风积形成特殊成因的沉积岩,经过百余年不断争论,才有了"风成"的定论。本文总结概括世界各地的黄土古土壤形成环境与铁矿物特征,得到如下认识:红色古土壤只形成于干旱氧化环境中,但不是所有干旱条件都能够形成红色土;红色土壤中的磁赤铁矿和赤铁矿在湿润氧化和还原环境中不稳定,会渐渐转变成为氢氧化物(褐铁矿),甚至硫化物(黄铁矿/磁黄铁矿),导致红色褪去、黄色增加和磁化率降低。现代的河流、湖泊和海洋均为还原环境,沉积物也呈黄、灰、白、绿、黑等还原系列颜色与之对应。将今论古可以推理,过去红色地层极不可能形成于"水成"环境,只能形成于地表透水性良好的干燥氧化环境中。沉积岩除了"水成"和"风成"两个大类环境之外,至少还有一种过渡交互类型需要得到特别认识,如干旱区山间盆地洪积类型(戈壁滩洪积与河流河漫滩等环境)。这类沉积物毫无疑问是洪水搬运形成,因此留下层理等特征;但是洪水消失后,沉积物实际上长期处于地表干燥氧化成土环境,因此兼有水成和成土两种特征。丹霞红层具有水成层理,并同时具有原生红颜色的就是在这样环境中形成的。张掖彩色丘陵,并非湖相水成地层,而主要是风积古土壤地层序列,在长期持续炎热半干旱环境条件下甚至还发育了特殊的厚层石膏土。黄土与环境的深入研究必将对地质学和地理学产生深远的影响,比如黄土研究已经带来地学一些基本概念变化,如:古土壤层并不一定意味着沉积间断;层状沉积岩地层并不一定是"水成"等等。