地磁場(chǎng)起源于地球外核富鐵流體的對(duì)流，是認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制的窗口。地磁場(chǎng)可以屏蔽部分帶電高能粒子和宇宙射線，保護(hù)著地球上的生命。研究地磁場(chǎng)的變化規(guī)律對(duì)認(rèn)識(shí)地球深部動(dòng)力機(jī)制和地表過(guò)程和環(huán)境具有重要意義。高沉積速率的沉積物（如黃土剖面、海洋與湖泊沉積物鉆探巖芯等）是開展高分辨率地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化（PSV）研究的理想材料。近20年來(lái)東亞地區(qū)已發(fā)表地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變數(shù)據(jù)幾乎都是通過(guò)海洋或湖泊沉積物鉆探巖芯獲得的，缺少磁偏角數(shù)據(jù)的絕對(duì)變化記錄，且部分研究的分辨率較低。空間分布方面，東亞地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變研究主要來(lái)自日本和中國(guó)，研究區(qū)域多集中在中低緯度，35°N以上的區(qū)域較少（圖1）。上述情況制約了對(duì)東亞地區(qū)地磁場(chǎng)變化規(guī)律的全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

 

 

圖1 東亞地區(qū)相關(guān)PSV記錄與民樂(lè)剖面位置分布

 

    中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生樊耘暢在導(dǎo)師潘永信研究員和蔡書慧副研究員的指導(dǎo)下，聯(lián)合巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧成龍研究員，西班牙馬德里康普頓斯大學(xué)Francisco Javier Pavón-Carrasco副教授和中國(guó)地震局地質(zhì)研究所熊建國(guó)研究員，對(duì)甘肅西北部全新世黃土-古土壤高沉積速率剖面（民樂(lè)剖面）開展地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變研究，獲得了該地區(qū)全新世地磁場(chǎng)方向（偏角和傾角）絕對(duì)變化記錄，并結(jié)合東亞已有數(shù)據(jù)，建立了14 ka以來(lái)東亞地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化參考曲線和東亞區(qū)域地磁場(chǎng)方向變化模型。

 

    民樂(lè)剖面磁學(xué)結(jié)果顯示，該剖面的磁性礦物種類為低矯頑力的單疇-假單疇的磁鐵礦為主，含有較少量的磁赤鐵礦。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)交變退磁和熱退磁測(cè)試，絕大部分樣品分離出了穩(wěn)定的特征剩磁方向，且兩種退磁方式的一致性較好（圖2），指示民樂(lè)剖面結(jié)果具有良好的可靠性。與東亞地區(qū)其它緯度記錄和全球模型預(yù)測(cè)結(jié)果相比，民樂(lè)剖面的結(jié)果揭示出了更多的細(xì)節(jié)變化，說(shuō)明該剖面時(shí)間分辨率較高，不同記錄部分時(shí)期存在比較明顯且可比的特征峰值與谷值，同時(shí)也存在不一致的變化時(shí)期（圖3），指示14ka以來(lái)東亞地區(qū)地磁場(chǎng)變化以偶極分量占主導(dǎo)，部分時(shí)期的非偶極分量影響顯著增強(qiáng)。

 

 

圖2 民樂(lè)剖面樣品退磁結(jié)果與有關(guān)磁性參數(shù)隨深度和年齡變化

 

圖3 民樂(lè)剖面PSV記錄與東亞地區(qū)已有記錄和模型預(yù)測(cè)對(duì)比

 

 

    同時(shí)，他們系統(tǒng)整理并篩選了東亞地區(qū)已發(fā)表的沉積記錄長(zhǎng)期變數(shù)據(jù)，結(jié)合新增民樂(lè)剖面數(shù)據(jù)，計(jì)算了過(guò)去14ka東亞沉積物記錄長(zhǎng)期變化參考曲線(EASed14k)（圖4），并建立了東亞地區(qū)14ka以來(lái)地磁場(chǎng)方向長(zhǎng)期變化模型(SCHA.EAS14k)（圖5）。該研究通過(guò)黃土剖面獲得的全新世高精度地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變記錄可作為代表性剖面用于區(qū)域結(jié)果對(duì)比，建立的東亞PSV參考曲線和區(qū)域地磁場(chǎng)模型為地磁場(chǎng)區(qū)域和全球?qū)Ρ忍峁┝嘶A(chǔ)和依據(jù)。

圖4 EASed14k參考曲線與Zheng等（2014）發(fā)表的東亞PSV集成曲線、中國(guó)考古磁學(xué)PSV曲線、SCHA.EAS14k區(qū)域模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

 

圖5 SCHA.EAS14k模型預(yù)測(cè)的4.35 ka、9.15 ka和11.55 ka地磁場(chǎng)方向區(qū)域分布。白色五角星為模型的中心位置(30ºN，108ºE)，白色圓形為用于計(jì)算模型的東亞PSV記錄的位置

 

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