黄土崖上,一层浅灰黄的粉土里夹着几条暗红色的带子,厚的一米多,薄的只有几十厘米,延伸几百米不断。当地人叫它”红层”或”老土”,其实它是埋在黄土里的古土壤——每一层都对应一次气候转湿、地面稳定、草木长起来的时期。
先看颜色与厚度:暗色条带 0.5–2 米,成层夹在黄土里
古土壤在剖面上呈暗棕、红棕或褐色,与上下浅灰黄的黄土形成明显反差。单层厚度多在 0.5–2 米,横向延伸稳定,可以在几公里外的剖面上对上。颜色来自腐殖质与铁氧化物的共同染色。
黄土本身颜色浅,质地均一,肉眼看不到层理,只在大范围内显出极薄的水平纹理。古土壤的界线比黄土内部的纹理清楚得多,一条暗带的上界往往平直,下界渐变,这与成壤过程自上而下推进一致。
再找根管与钙结核:A 层与钙积层成对出现
古土壤的顶部常见细密的根管,直径 1–5 毫米,管内填充暗色物质,垂直或分叉向下。根管密集处就是当年的地表,它比颜色更能指示层面位置,因为在黄土里根系只能长在稳定面上。
暗带下部常出现钙结核,粒径 1–10 厘米,形状不规则,滴稀盐酸剧烈起泡。上部腐殖质层加下部钙积层,是一套完整的土壤剖面,两者成对出现时,古土壤的判断基本成立;只有颜色变化而无钙积,多半是发育弱的埋藏土。
最硬的一条在磁化率:古土壤高出黄土一截
成壤过程中生成的细粒磁性矿物,使古土壤的磁化率明显高于黄土,同一剖面上常高出 1.5–3 倍。这个指标可以连续采样测定,把肉眼模糊的界线变成一条曲线,是黄土研究里最常用的一把尺子。
磁化率曲线还能做对比。中国黄土高原的剖面里,古土壤层与深海氧同位素记录的暖期对应,一层暗带就是一次间冰期。一条暗带不只是土层,它是一段时间标尺,这是黄土能重建古气候的原因。
混进来的是埋藏土与次生黄土
埋藏土指被后期沉积覆盖的土壤,它与古土壤的区别在成因位置:埋藏土可以是任何类型的土壤被埋,古土壤特指黄土序列中的成壤层。野外看到暗层直接判古土壤,会忽略它可能是被坡积物掩埋的现代土壤。
次生黄土是黄土被流水搬运再沉积的产物,颗粒略粗,可见细微层理与砂透镜体,颜色偏黄褐,不含成壤结构。它的层理比古土壤的界线细密得多,一条条平行分布,没有根管与钙结核。
关键数据
下列数值取自黄土高原的典型剖面,其他地区会有偏移。观察时应记录层位、厚度与上下界面的形态,配合磁化率曲线才能对比。剖面要挖到新鲜黄土,上部风化壳的颜色变化会干扰判读。
- 黄土中粉砂粒级占 50%–70%,孔隙度 40%–50%。
- 黄土碳酸钙含量多为 8%–15%,滴稀盐酸起泡。
- 古土壤单层厚 0.5–2 米,横向延伸可达数公里。
- 古土壤磁化率比上下黄土高 1.5–3 倍。
- 古土壤中的钙结核粒径 1–10 厘米,多聚于层下部。
- 根管直径 1–5 毫米,密集处指示当年地表位置。
- 洛川剖面黄土厚约 135 米,含 30 余层古土壤。
边界
磁化率并非处处适用。西北内陆的黄土母质磁性矿物含量低,成壤增强的幅度小,曲线起伏平缓,按东部剖面的阈值判读会漏掉多层古土壤。使用前应建立本地的背景值,不能照搬他区标准。
后期风化会叠加在古土壤上。地下水位波动、盐分迁移都能改变颜色与碳酸钙分布,使原本清晰的界线变模糊。本文判断:颜色与结核只作初判,定层应以磁化率曲线配合根管位置,两者一致才可靠。
参考文献
- 刘东生 等.《黄土与环境》. 科学出版社, 1985. —— 黄土-古土壤序列与磁化率。
- 中国科学院南京土壤研究所 主编.《中国土壤》. 科学出版社, 1978. —— 黄土与古土壤。
- Kukla G J, An Z S. Loess stratigraphy in central China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 1989, 72: 203–225.
- 杨景春, 李有利 主编.《地貌学原理》(第三版). 北京大学出版社, 2012.