劍川盆地風(fēng)化狀火山巖(粗面巖)受訪者供圖

捕捉到古老地層中的火山灰信號，不是一件容易的事。通過構(gòu)建“火山巖—火山凝灰?guī)r—沉積巖”的對比序列，中國科學(xué)院青藏高原研究所新生代環(huán)境團隊發(fā)現(xiàn)，低溫頻率磁化率參數(shù)可作為捕捉云南地區(qū)火山灰的有效指標(biāo)。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《地球物理研究：固體地球》雜志上。

火山噴發(fā)是地球上的重大地質(zhì)災(zāi)害之一。一些火山噴發(fā)出的火山灰高達幾十公里，直抵平流層，可影響天氣變化，火山灰形成的降塵也會給當(dāng)?shù)孛癖娫斐蓸O大的生活困難。但火山灰是“診斷”地球地質(zhì)歷史時期古老地層絕對年齡的最佳材料之一，而地層的絕對年齡又是破譯地球系統(tǒng)演化的關(guān)鍵密碼。

火山灰由火山噴發(fā)的微小碎屑顆粒組成，極細(xì)的火山灰顆粒可小于125微米，與細(xì)顆粒碎屑沉積物形態(tài)特征相近。因此，僅有小部分由大量火山灰固結(jié)形成的火山凝灰?guī)r可在野外觀察中識別出，而大部分沉積地層中所含的火山灰難以憑肉眼直接鑒定。

科學(xué)家們只能帶著野外采集的疑似火山灰樣品走進實驗室，通過其中是否含有火山玻璃進行識別。火山玻璃是火山噴發(fā)出的碎屑產(chǎn)物之一，是迅速冷卻尚未結(jié)晶的一種玻璃質(zhì)固體顆粒。“但是火山玻璃的提取和鑒定實驗耗時長且價格昂貴，不適合廣泛推廣。而火山噴發(fā)物質(zhì)含有大量磁性礦物，它們常以填隙物或包裹體的形式存在于火山灰中，不易被環(huán)境破壞，與普通碎屑沉積巖可能存在不同。因此，我們可以考慮利用快捷便宜的巖石磁學(xué)方法識別火山灰。”論文通訊作者、中國科學(xué)院青藏高原研究所研究員顏茂都說。

但是，究竟用哪種巖石磁參數(shù)識別火山灰最靈敏、有效呢?

2013年起，顏茂都及其合作者就多次赴云南劍川和曲靖進行考察。在云南省曲靖市，團隊發(fā)現(xiàn)距今3500多萬年前的始新世河湖相沉積地層，其中含有厚度多達3米的灰白色厚層火山凝灰?guī)r。在劍川縣的雙河煤礦附近發(fā)育的同期河湖相沉積地層中，也含有多層火山巖。經(jīng)過詳細(xì)的調(diào)研、討論和采樣，團隊成員決定通過構(gòu)建“火山巖—火山凝灰?guī)r—沉積巖”的對比序列，尋找可以識別地層中火山灰的最靈敏和有效的巖石磁學(xué)參數(shù)。

論文第一作者、中國科學(xué)院青藏高原研究所在讀博士研究生申苗苗表示，團隊對這3類樣品從磁性礦物的種類、含量和粒徑3個方面開展了系統(tǒng)的巖石磁學(xué)參數(shù)對比研究，結(jié)合巖相學(xué)、地球化學(xué)等方法，探究了火山灰區(qū)別于沉積巖最顯著的巖石磁學(xué)特征。

研究發(fā)現(xiàn)，低溫頻率磁化率參數(shù)顯示火山巖和火山凝灰?guī)r含大量的超細(xì)磁性礦物，而大多數(shù)沉積巖則缺乏這一特征。因此，低溫頻率磁化率參數(shù)可以作為捕捉云南地區(qū)火山灰的有效指標(biāo)。

顏茂都表示，該指標(biāo)所需樣品前處理簡單、測試快速，相比于利用火山玻璃的鑒別方法，大大提高了實驗室識別火山灰的效率。該研究可為云南甚至其他地區(qū)地質(zhì)歷史時期古老地層的火山灰年代學(xué)研究提供必要的巖石磁學(xué)支撐，將對深入認(rèn)識青藏高原東南緣的構(gòu)造和印度季風(fēng)演化等重大科學(xué)問題具有重要意義。

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