4.3.2 10Be土壤侵蚀评估

4.3.2  10Be土壤侵蚀评估

图4-10中给出了剖面XPB(2)和XPB(3)土壤10Be浓度随深度的分布曲线,10Be在剖面XPB(2)中先减小后增加,在剖面XPB(3)中为逐渐增加,两个剖面10Be的浓度都是在半风化层达到了最高值。大量的研究结果表明,随大气沉降到土壤层中的10Be化学性质稳定,几乎不发生化学迁移,10Be由降水带入土壤后首先吸附在土壤颗粒表面,而后可能以离子交换方式进入黏土矿物中,或结合进新成的黏土矿物中,且10Be的浓度总是随黏土颗粒粒径变小而增加[92]。Maejima等[201]在对日本西南部喜界岛6个土壤剖面进行的10Be的研究中,指出10Be的含量与黏土含量具有高度的相关性。XPB(2)和XPB(3)两个剖面土壤厚度只有10cm左右,土层中粒径较小的黏土颗粒很容易在强淋溶作用下物理迁移至土层底部,填充在风化层碎石间隙,这就解释了10Be浓度峰值出现在剖面底部的原因。

图4-10 10Be剖面浓度分布图

由于10Be与黏土颗粒的吸附作用以及稳定的地球化学性质,剖面的10Be总量会随土龄的增加而增加。因此如果获得了土壤剖面10Be总量,就可以根据式(4-2)获得土壤年龄:

式中 t——土龄;

λ——10Be半衰期,4.62×107/a;

N——剖面10Be面积比活度,atoms/cm2

q——10Be的年沉降速率,atoms/(cm2·a)。

假设t=0时N=0,q取全球平均沉降速率0.56×106atoms/(cm2·a),土壤密度ρ取1.3g/cm3,则XPB(2)和XPB(3)的面积比活度N分别为1.39×109atoms/cm2和2.58×109atoms/cm2

将上述参数代入式(4-2),计算获得XPB(2)和XPB(3)的土龄分别为2483年和4612年,这里得到的称为最小土龄,因为在使用该模型的前提是剖面没有经历侵蚀作用,所以得到土龄t≤t corr,t corr这里代表的剖面的实际准确土龄。根据其他学者的研究表明,该地区的土壤层底界14C表观年龄为5875年[202],两个剖面的计算得到的土龄均小于该值,说明两个剖面都受到了侵蚀影响。在已知剖面土龄实际年龄的情况下,可以通过式(4-3)[201]计算获得该地区长期侵蚀速率:

式中 ρ——土壤密度;

E——侵蚀速率,cm/a;

m——表层土壤10Be浓度,atoms/g,这里取1.1×108atoms/g。

将以上参数代入式中,得到XPB(2)和XPB(3)两个剖面1875年以来的侵蚀速率分别为0.0022cm/a和0.00084cm/a。