第3卷第1期1991年3月南极研究ANT A RCTI CRE SEARCHVol.3,No.Mar eh19 91南极乔治王岛菲尔德斯半岛土壤 的化学风化作用’刘耕年(北 京大学地理学系,北京z0087x)提耍西南极南设得兰群岛乔治王岛菲尔德斯半岛土壤化学分析表明土壤中存在着一定的化 学风化作用相对于母质,土壤中的5 10:、A l:o:、Fe:oa、Feo、Mgo、eao和Na:o淋失,K:o、H:O+、H:o一、Tio:和P:o土壤中510:/A12o:的平均值为4.72,属弱风化壳类型硅铝比反映出成土作用时间越长,土壤的风化程度越高,化学风 化作用大于南极大陆边缘 和内部l A:o:在南极的淋失率 大于5 10:,使较老土壤剖面 由下 向上硅铝 比增大土壤的化学性质很大程度上取决于母质南极强烈的冻融扰动作用破坏了土壤分层土壤中存在着较强的水合作用关趁词化学风化淋失富集硅铝比菲尔德斯半岛月U舀本文讨论南极长城站附近松散沉积物的化学风化作用采样地点位于 西南极南设得兰群岛菲尔德斯半岛根据长城站和智利马尔什基地的气象资料,这里年平均温度一3.0℃,年平均降水量41 5毫米一 月最高温度 1 3℃,七月最低温度一2 8.5℃。
年平均相对 湿度8 5.7%盛行风 向SE和E,年平均最大风速3 7.5米/秒年平均日照时数50 0小时每年有约4个月 的时间月平均温度在夏半年(1 2 月~ 翌年3月)降水相对集中一年 中气温在℃上下波动的钦数10 0~ 1 20次属 于亚南极海洋性气候环境,有利于物理风化,而化学风化在一定程度上存在一、采样点的剖面特征按海拔高度 由低到高,对四个剖面进行了采样剖面1和剖面2采 自上升海滩沉积顶 部的土壤层,剖面3和剖面4采自寒冻风化沉 积土壤剖面1位于 长城站东南海拔2.5米的第一级上升海滩上,距海 1 0 米地 表生 长着苔醉沉积物主要由砂和 砾石组成,砾 石磨圆较好,未见风化破裂现 象及表 面化学 沉淀0~Zcm,表层,深灰 色,生 长苔鲜粗砂砾石,无结构,松散砂和砾石均次 圆状在苔鲜的根系层有较多的粉砂和粘土2~ 1 0cm,砾石质 中粗砂,松 散粉砂和粘 土很少深灰 色砾石 次 圆状1 0~30 cm,砂砾石,深灰色粉砂粘土很少,松散剖面2位于 长城站 南燕鸥湖东 的上升海 滩之上,海拔 1 4 米,距海20 0米顶部生 长着苔癣约有1 5 一2 0%的海滩 砾石受寒冻风化作 用而破裂。
砾石 有厚1.0~1.s cm的风化晕 圈,呈铁锈色,风化 晕圈 部分较疏松沉积物 剖面8一1c 5m中贝壳碎片的l℃年龄为2 2 0 0年大’国家南极考寨委员会支持项目,并得到国家自然科学基金资助幻北京 大学考古系年代实验室,19 88第1期刘耕年:南极乔治王岛菲尔德斯半岛土壤的化学风 化作用o~ s cm,地表生 长着苔鲜,沉积物呈深褐色,为粘土质粉砂夹小砾石6一 s cm,深褐色砾质砂,砾 石直径2~ c 3m,棱角状含有较多的粉砂粘土物质8一1c 5m,深褐色粘土质砂夹小砾石,疏松,无结构,含贝壳碎片,1吧年龄为22 0 0年1 5 ~2 5cm,深褐色,砂砾 石,砾石直径3~7cm,无结构2 5~4 0cm,深褐色砾石直径7一1c 5m,含少量砂、粉砂砾石多为浑 圆状剖面3位于 长城站南海 拔3 5米的 台地上地表生长苔鲜在长城站周 围海拔3 0~7 0米为一缓斜的基岩坡地,上复寒冻风化碎屑 和冰碳地形低洼平坦处发育构造土壤裸露于地表的砾石表面有风蚀痕迹 和染色现象0一 c 3m,地表生长着苔鲜样品采 自根 系层的土,以粉砂为主,浅褐色有少量直径5~10cm的棱 角状砾石突出于地 表。
5一C Sm,褐色,砾质砂,砾石直径为3~加m,棱角状,疏松,无结构8一2c 0m,褐色,砂砾石,砾石直 径以2~ s cm为主,呈棱角状2 0~3 ocm,褐色,砂砾石,砾石直径以6~i6em为主,棱 角状剖面4位于长城站西南高山湖之西,海拔5 0米,距海500米母质为寒冻风化碎屑物o~Zcm,地表生长着苔鲜褐色,以粉砂为主,少量棱角状砾石2一 c 4m,褐色,砾质砂,粉砂砾石呈棱角状4~16cm,褐色,砾质砂,砾石 呈棱角状,直径小于l em16~25cm,褐色,砂砾石层砾石直径1~ c 3m,呈棱角状2 5~35cm,褐色,松散砾石 层,含有少 量细粒物质砾石呈棱角状二、化学风化作用特点1.化学分析结果上述四个剖面分层采样,土样风干后 过0.0 5m m筛,得粉砂土级物质,然后对此细物质做常规化学全量分析,得主 要氧化物百分比,结果见表151 0:的平均含量3 8.0 7%,介 于2 6.2 4~4 8.6 2% 之间两个海相沉积物表层 土壤中5 10:的含量 向上减少,而风化碎屑层表土51 0:的含量向上增加A几O:的平均含量 1 3.”%,变化在8.3 8~ 1 9.2 3% 之间,在四个剖面中A12O a的含量普遍向上减少。
F九O:和FeO含量 的变化不规则,FeZO3的平 均含量 是3.4 9%,含量变化在0.8~7.8 8% 之 间;reo的平均 含量3.9 4%,含量变化在1.9 1~5.7 5% 之 间FeO的含量大致规律为,剖面l和剖面3中向上 减少,剖面2和 剖面4中向上增加Mg o,a CO,KZO,NaZO四种氧化物以Cao的含 量最高,CaO的平均含量5.4 4%,其次为MgO,平均含量3.0 1%NaZO的平均含量2.3 8%K:O的平均含量0.5 8%以上四种氧化物除剖面1外,含量 均向上增加HZO+和H:O一的总平均含量为2 7.3 0%,在剖面1和剖面2中含量 向上增加,剖 面3中向上减少,剖面4中含量变化不大iTo:的平均 含量为1.24%,含量变化在0.5 9一1.7 0%之 间除剖面1之外,I TO:的含量 向上增加的含量平均0.9 6%,变 化在0.4 4~2.1 5%之间,在 剖面1中向上增 加,其它几个剖面中均向上减少MnO的平均含量0.1 6 %,无明显的变化规律2.化学风化的特.点南极研究第3卷衰1地表松 散沉积物化学分析结果(风千土,% )*Tab le1.C hemie aleomPonentsofth e沁二15( 拓)51:0A l:ooFe:03FeOMgOCa0Na:OK:OH:O+H:0一TIOaP:OoMnO0一Zem2一10 CmJO一二O Cm26.248.3827.029.484 5.3815.661.921.912.492.450.630.9746.吕76.2 90.5 91.192.191.973.931.250.504 4.067.8 50.6 77.8 83.9 84.306,102.400.949.481.721.2 80.570.0 60.490.060. 440.47面剖1一j, 一月件内」0一sem5一SC l l l41,6513.4334.0013.2 23.4610,9 53.400.5513.802.423.5 5 2.6 80.4523.832.985.420 60.13180.128一15em37.5813.758.7 42.900.5317.944.2 81.420.12]5一2弓em40.8415.472 5一4 0`性m45.6419.233.54 4.0 33。
183.903.96 3.946.383.535.163.207.5 12.900.6012.773.783.8 85.102.750.709.8 83.300.720. 140.136 72 5工j,内、éJ二7通.1凡J产OO一3cm4 8.3615.272.681.4 90.4 00.1 13一Sem4 862155 43.526173.403.3 25.502.75科0. 460.108一二cm44.1415.5 6夕0一30em40.4614.6 63.4 04.4 81955530.805.753.18 4.782. 874.172.382.905.302.690.551!.050. 5013.5 90.5 018.980.4419.511.323.483.56170.5 7700.7 50. 0 80.100一Zcn l35.8912.712.664.862.706.04;.361.070.0937浦汗佗」 :2一碑Cln36.7213.424一16em34.6113.4416一25cm131.4914.062 5一35em13 1.4714.422.104.732.704.923.65 4,364.383.6 54.813.322.514.402.606.24.2502.633922.207.6610132.603872.002.703.622.180.5025.29Q.5323.450.4524.900.3 525,2 10.402 4.978.991.248.901.162.152.120.2403 8月洲叫川川|一l酬lw el叫ir e洲|le e川e s副月州|.北 京天学地质系分析室分析,198 8 年松散 沉积物与基岩化 学成分的差异 可以反映出化 学风化作用的强度。
当松散沉 积物 与当地基岩岩性 一致或直 接来自当地基岩时,这种分析便有意义上述四个剖面砾石岩性和当地基岩一致,都 是钙碱性 玄武岩表2为费尔德斯半岛松散沉积表土与基岩化学成分对比可以看出松散沉 积表土相对于基岩,5102,Al:03,FeZO:,FeO,MgO,a CO,N a:O均少 于基岩,即均有一 定程度 的淋失5 10:的平均淋失量 为 1 3.5%,A12O:的平均淋失量4.6 0%,F巩O:平均淋失1.科%,凡O平均淋失1.9 1%,MgO平均淋失1.4 6%,CaO平均淋失4.2 5%,N a刃平均淋失0.86%剖面l和剖面2中5 102的含量向上减少,剖面3和剖面4中81 02的含量 向上增 加剖面3和剖面4的发育历史要长 于剖面1和剖面2(刘耕年,崔之久,1 99 0)Ugo lii n(1982 )在研究南极麦 克默多湾 附近Wrigh t谷 地区风化剖 面时指 出,较新土壤剖面 中5 10:的含量 向上减 少,较老土壤剖 面中5 10:的含量向上增加,和本区一致东南极 维斯特福尔德丘陵区新 风化 壳 中5 10:的含量 向上减少(谢又予,1 98 6a )看来南极较新土壤中5 10:含量 向上减少,较老 土壤中断02的含量 向上增加,具有规律性。
在本区的四个土壤剖 面中,KZO,H刃干,H刃一,I TOZ和PZO的含量 与母岩相比增加其第1期刘耕年:南极乔治王岛菲尔德斯半岛土壤的化学风化 作用中以HZO十+H20一的增加最大,平均含量增加了2 5.2 4%,表明松散沉积物的细粒物质发生 了较强的水合作用烤口il ni (1 982 )研究南极麦克默多湾附近Wi rgh t谷土壤的风化和矿物合成作用 之后指出,在现代南极严寒条件下,岩石和矿物表面存在 自由水,会发生水合作用,形成新生 的粘土 矿物如水云母、蛙石、蒙脱石 等本区地处亚南极,温度和降水条件均 优于南极大陆区,因此出现较为明显的水合作用裹2松散沉积物与基岩化学成分对比(平均值,% )Table2.ComPa ris onsbetwe enthe*115,a ndbedroc ks`eomPonents(v aerage,耳).物质类型5 1:0AI:O:Fe:0:FeOMgoCaONa:OK:OH:O+H:0一Tio:P:0MnO 一一剖面剖面剖面剖面总平8 811.J7 3.669415.02 4.4 4692.924. 161.430.8033475.2903.723.35.4 015.265、143.15。