碳酸盐岩红色风化壳的磁性机制及其环境意义
由于海相碳酸盐岩一般不含磁性矿物，碳酸盐岩原位风化形成的红色风化壳和土壤中的磁性矿物是风化成土过程中的新矿物，特别是从红色风化壳中成功提取的磁赤铁矿微结核，为红色风化壳中磁性矿物的成因机制研究提供了最直接的证据。研究表明，碳酸盐岩红色风化壳表层土壤的磁性增强现象在经历过铝化作用并长期发展的红色风化壳表层土壤中较为突出，表明作为红色风化壳磁性主要贡献因素的磁赤铁矿的出现和演化与红色风化壳的铝化作用密切相关。磁赤铁矿作为贵州碳酸盐岩红色风化壳土壤中唯一的亚铁磁性矿物，是碳酸盐岩在岩溶环境中风化成土的产物。贵州碳酸盐岩红色风化壳的形成演化大致可分为脱碳、镁、富硅铝、富铁锰、富脱硅铝三个地球化学阶段。表层土壤普遍存在的磁性增强现象，在风化程度高、富铝脱硅阶段的红色风化壳表层土壤(如安顺白云岩红色风化壳剖面)更为明显，说明磁赤铁矿作为碳酸盐岩红色风化壳磁性的主要贡献因素，其发生演化与碳酸盐岩有关。磁赤铁矿中的微结核仅见于安顺白云岩红色风化壳表面的黄红壤中，铝化程度较高[该剖面表层土样中三种最高元素氧化物平均含量为Al2O3 335%，SiO231%，Fe2O312%%，W (SiO2)/W (Al2O3) 0.88]。因此，贵州碳酸盐岩红色风化壳表层土壤中的磁赤铁矿主要是强风化铝化红色风化壳表层土壤中的次生氧化铁矿物在湿热条件下转化形成的。透射电镜观察到磁赤铁矿往往具有与锂云母相似的形态特征，其形成可能经历了锂云母脱水结晶的转化过程。红色风化壳中磁赤铁矿的形成和转化及其与其他氧化铁矿物的结合决定了红色风化壳磁性的变化，定量地反映了碳酸盐风化土的地球化学环境和过程，其环境意义主要表现在以下三个方面:
1)磁性参数沿红色风化壳垂直剖面的变化与氧化铁矿物磁赤铁矿、针铁矿和赤铁矿的生物组合及其矿物学特征的规律性变化直接相关。事实上，它记录了红色风化壳形成过程中多次周期性的气候变化。红色风化壳磁性参数反映气候的机制，本质上是磁性矿物在古环境中出现的机制，即古气候的温度和湿度决定了磁性矿物(主要是磁赤铁矿)的数量及其粒度。温度和湿度越高，生成的磁性矿物越小越多，这两个因素增加了磁性参数χ、χ rd、SIRM和“软”。而表层土壤发育在母质红色风化壳土层上，经历了更强的风化作用，成土时间更长，因此上述磁性参数在表层土壤中增加得更多。根据红色风化壳磁性参数沿剖面的变化特征和剖面矿物学的研究成果可以看出，频率磁化率(χ rd)、饱和等温剩磁(SIRM)和“软”剩磁对环境变化的反映更为敏感，是比过去常用的磁化率更为理想的环境变化指标。值得一提的是，贵州碳酸盐岩红色风化壳剖面中磁性参数和磁性矿物特征所反映的古气候周期变化特征，与中国第四纪以来黄土-古土壤序列记录的古气候周期变化特征具有可比性，可能表明第四纪以来中国南北古气候变化具有一定的相关性。这无疑将有助于中国南方红壤和中国北方黄土的对比研究以及全球变化的研究。
2)侵蚀和沉积是具有普遍意义的环境过程。水土流失是目前岩溶地区十分突出的环境问题，也是碳酸盐岩红色风化壳生态脆弱性的表现之一。本文对贵州高原最大的人工湖红枫湖地区的6个红色风化壳剖面进行了磁性参数测量，建立了较为完整的红枫湖地区红色风化壳剖面磁性参数数据系统，不仅为红枫湖地区土壤侵蚀程度和速度的研究提供了依据，而且直接服务于红枫湖地区的土壤监测、生态环境保护和水土保持工程评价。
3)红色风化壳磁性参数沿纵剖面的变化与红色风化壳中微量元素的变化，特别是重金属元素Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Cr沿红色风化壳纵剖面的变化有一定的关系。红色风化壳中铜、铅、锌、钴、镍、铬等重金属元素含量与磁性参数之间的定量关系，可以通过线性回归分析，建立其回归关系。
碳酸盐岩的风化成土及其环境效应
碳酸盐岩的风化成土及其环境效应
红色风化壳中重金属元素含量与磁性参数的相关性实质上反映了重金属元素与磁性氧化铁矿物在赋存和分布上的关系。这种关系可能主要基于氧化铁矿物对重金属的吸附机理，这将在后面的章节中讨论。
根据红色风化壳的磁性参数和矿物学特征与红色风化壳中重金属元素含量的相关性，初步建立了红色风化壳中磁性参数-氧化铁矿物-重金属元素的定量关系模型，在一定程度上揭示了红色风化壳中氧化铁矿物和重金属元素的分布特征和污染机理，可直接应用于污染物示踪和环境治理工程，适用于河湖沉积物的环境研究。