冷生土壤粉质化过程中的物质重组特征及其沉积环境意义

Cryogenic silt-fication process is a unique cryogenic phenomenon of silty particles concentration, and it is also a kind of closely contact with the cold climate events. In cryogenic silt-fication process, besides the silt-fication phenomenon of soil particles, its overall mineral and chemical composition such as found no significant change, therefore it is difficult to prove there was cryogenic process in soil formation, and it is also difficult to analyze the sedimentary environment and evolution history of cryosols. Based on a large amount of preparation work, this project will take the bottom soil of epigenetic cryogenic profile (with high silty degree), which located in permafrost regions, as study object of simulating experiment. Changes of soil mineral size in cryogenic silt-fication process will be extensively investigated. Configuration and micromorphology of cryosols primary minerals will be analyzed, and characteristics of granulometric-mineral-geochemical composition reconstruction in different soil particle size will be studied. Meanwhile, it is need to compare with topsoil of epigenetic cryogenic profile (with low silty degree), which located in permafrost regions. On this basis, morphology-granularity-mineralogy-geochemistry identification standard of cryogenesis will be established, and then inferred further sedimentary environment and evolution history of cryosols.

冷生土壤粉质化过程是一种由于冷生作用而使土颗粒粉质化的特有现象，也是一种与寒冷气候紧密联系的土壤发育过程。由于在冷生粉质化过程中，除了土颗粒的粉质化现象之外，其总体矿物、化学等成分均未发生较大的改变，因此对于土壤是否经历过冷生（冻结和融化）过程的界定还存在困难，这也增加了对其沉积环境及演变历史的判定难度。本项目以冷生不同粉质化程度作为研究基础，从粉质化过程中土颗粒矿物尺寸变化这一实质入手，选取多年冻土区渐生冷生剖面下部土壤（粉质化程度较低）作为冷生实验过程的模拟对象，阐明冷生作用下土的原生矿物颗粒外形及微观形态特征，粒度-矿物-地球化学成分在不同土粒级中的重组耦合特征，并与渐生冷生剖面上部土壤（冷生粉质化程度较高）进行比对，尝试建立冷生成因的形态-粒度-矿物-化学成分的综合判定标准，界定冷生过程的存在性，并初步推断冷生土壤成壤的环境、类型及意义。

冷生粉质化过程是冷生土壤形成过程中一种特殊的冰缘现象。而这种冷生土壤的粉质化过程伴随着土壤颗粒、矿物化学成分的综合变化，这种变化则记录着气候变化的过程。由于冷生粉质化过程的主要条件是冻结和融化作用，因此这种土壤颗粒、矿物与化学成分的变化则能侧面反映出来冻结与融化过程。本项目主要围绕冷生粉质化过程中原生矿物的颗粒尺寸及形态的特征的变化以及矿物化学成分的分布规律进行分析，综合判定冷生土壤颗粒及其矿物化学成分对沉积环境的指示。.研究发现，在冷生粉质化过程中，土壤颗粒形态的变化是经过反复的破碎-团聚、磨圆，然后又破碎团聚、磨圆这一反复的过程，最终粉质化后的颗粒圆度较高。而这一过程是冷生（冻融风化）过程中特有的特征之一。随着冷生土壤的粉质化过程的另外一个特征是颗粒（粒级）的均一化。在颗粒变化过程中发现不同土壤冷生粉质化过程中颗粒的变化都会呈现出共轭变化。而这种粒径的共轭变化特征也反应在石英等黏土矿物的变化过程，在化学成分方面发现硅元素与钙元素的共轭变化过程，这一过程也与冷生粉质化过程有着密切的关系。通过杜地层的分析我们发现这种共轭变化的地层往往是粉质化程度较高的地层。通过地层化学元素的测试和对比，我们发现了钼元素在冻融粉质化过程中，与粒度成分和矿物成分有较好的指示作用。因此我们建立了一种综合性评判冷生地层的颗粒尺寸（形态）-矿物化学成分的方法，可以初步判定冷生土壤的冷生特征。这种冷生过程的判定方法对于诠释冷生土壤沉积过程中的冷生环境具有重要的意义，也将对第四纪冰冻圈环境、冻土以及气候变化等方面的研究具有重要科学理论支持。