劍川盆地風化狀火山巖(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。通過構建“火山巖—火山凝灰?guī)r—沉積巖”的對比序列，中國科學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。相關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災害之一。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?shù)孛癖娫斐蓸O大的生活困難。但火山灰是“診斷”地球地質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)演化的關鍵密碼。

火山灰由火山噴發(fā)的微小碎屑顆粒組成，極細的火山灰顆粒可小于125微米，與細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)出的碎屑產物之一，是迅速冷卻尚未結晶的一種玻璃質固體顆粒。“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方法識別火山灰。”論文通訊作者、中國科學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。經過詳細的調研、討論和采樣，團隊成員決定通過構建“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參數(shù)。

論文第一作者、中國科學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)的巖石磁學參數(shù)對比研究，結合巖相學、地球化學等方法，探究了火山灰區(qū)別于沉積巖最顯著的巖石磁學特征。

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。

顏茂都表示，該指標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)地質歷史時期古老地層的火山灰年代學研究提供必要的巖石磁學支撐，將對深入認識青藏高原東南緣的構造和印度季風演化等重大科學問題具有重要意義。(劉曉倩 記者 陸成寬)