黄土-古土壤的化学风化特征对于理解亚洲内陆干旱化、东亚季风演化以及全球碳循环等具有重要意义。然而,对于亚洲内陆干旱化东进进程最前缘的哈尔滨黄土-古土壤的化学风化特征一无所知。本文对哈尔滨荒山岩芯的黄土-古土壤进行元素地球化学、磁化率和重矿物分析。哈尔滨古土壤的颜色为灰褐色-灰黑色,不同于其他地区的棕红色。黄土-古土壤的CIA(Chemical Index of Alteration)值为68~74(平均值为72),表明了中等程度的化学风化。然而,古土壤表现出与黄土相近甚至更低的化学风化程度。磁化率和重矿物结果显示,古土壤的磁化率明显低于黄土,铁磁性矿物含量明显低于黄土。因此本文认为尽管哈尔滨古土壤是间冰期气候的产物,但其成壤过程中的气候条件冷湿,导致古土壤层的化学风化甚至低于黄土层。冷湿的成壤环境也使得古土壤层的磁铁矿还原分解,导致古土壤层相对于黄土层具有更低的磁化率。哈尔滨古土壤的形成环境和现在的黑龙江黑土相似,可称之为古黑土。
水系重建对于理解全球变化和区域响应至关重要。松花江水系演化研究极为薄弱,尤其对第四纪早期松花江水系是否发生倒转一直存在争议,且无明确证据。河流沉积物是水系演化最直观的证据。为此,选择哈尔滨荒山(HS)钻孔岩芯沉积物作为研究对象,对其进行了磁化率、古地磁和Sr-Nd同位素组成分析。结果表明,岩芯62.3 m(0.94 Ma B.P.)深度上、下地层的磁化率和Sr-Nd同位素特征存在较大差异。62.3 m以下地层磁化率极低,多次出现0值,且变幅较小。Sr-Nd同位素组成与依兰方向现代水系的Nd同位素特征相近;然而62.3 m以上地层磁化率急剧增大,并呈现周期性的高低变化。Sr-Nd同位素组成小幅度变化,表现出与松原方向现代水系相近的Nd同位素特征。表明了早更新世晚期松花江中上游(肇源—依兰河段)水系流向曾发生反转。早更新世早—中期,松花江中上游与下游尚未贯通。以佳依(佳木斯—依兰)分水岭为界,松花江下游向东流经三江平原,而松花江中上游向西流入松嫩湖盆;早更新世晚期,由于构造—气候变化的共同作用,佳依分水岭不断抬升,而三江平原和松嫩平原持续下降,导致分水岭两侧河流向源侵蚀,在0.94 Ma B.P.,佳依分水岭被切穿,松花江中上游水系被下游水系所袭夺,流向开始倒转,中上游与下游贯通,现代松花江水系逐渐建立。
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