在地质历史上地球磁场极性曾发生多次倒转。因地磁极性倒转具有全球一致性，被研究者视为地层划分和全球古气候记录对比的重要时间标记。然而，古地磁学研究却发现约80万年前发生的最近一次地磁极性倒转——布容/松山(B/M)极性倒转事件，在海洋沉积物和中国黄土中的记录并不同步：海洋中B/M界线记录在一个温暖时期（相当于深海氧同位素19阶段，即MIS19），而中国黄土中B/M界线则主要记录在第八层黄土层（L8），对应一个寒冷时期（即MIS20）。这种错位现象给基于地磁极性倒转年代框架的黄土序列与全球古气候记录的对比研究带来较大不确定性，甚至引发对中国黄土古气候记录全球意义的质疑。多年来，尽管国内外研究者发展了多种理论来解释B/M界线这种海陆记录差异的现象，但中国黄土B/M界线究竟在什么层位？是否与深海记录同步，一直是个悬而未决的科学难题。
10Be是一种宇宙成因核素，其产率变化主要受地磁场变化调制。当地磁场较弱时10Be产率较高，反之亦然。根据这一原理，可用黄土10Be来示踪地磁场强度明显减弱的极性倒转事件。但由于中国黄土来源相对复杂，黄土10Be记录地磁场变化的弱信号被掩盖，无法直接显示地磁场变化的信息，以致国际上许多学者认为中国黄土10Be根本无法用于地磁场变化示踪研究。
西安加速器质谱中心周卫健院士长期以来带领研究团队，通过建立地磁场信号与气候噪音分离的创新方法，最终实现了10Be示踪古地磁场变化的目标。近日，从中科院地球环境所传来喜讯，周卫健研究团队分别在洛川和西峰两个黄土剖面中均找到了布容/松山(B/M)地磁极性倒转事件的地质记录证据，发现中国黄土中的B/M地磁极性界线记录在第七层古土壤（S7）中(图1灰色阴影所示的位置)，这与海洋B/M界线记录在温暖的MIS 19阶段是一致的，但与传统古地磁学方法确定的B/M界线层位不同。通过综合对比研究，指出极性倒转时期获得的“原生”剩磁被后期叠加的磁信号所覆盖，是造成古地磁测试黄土B/M界线与海洋记录不一致的主要原因。
这一重要标志性成果从独立于磁性地层学方法的新视角，解决了B/M界线在黄土和深海中记录不同步的科学问题，提供了可靠的时间标记并进一步印证了中国黄土记录的全球意义。成果已发表于国际地质学领域的著名刊物《地质学》（Geology）上。
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图1. 西峰（左图）和洛川（右图）剖面B/M地磁极性转换时段多指标综合研究结果及与海洋记录的对比（Zhou et al., 2014,Geology）
A: 地磁偏角变化(绿色线)；B: 地磁倾角变化(紫色线)；C: 磁化率曲线(蓝色线)；D: 衰变校正的10Be浓度曲线(粉色线)； E: 10Be相对产率曲线(黑色线)；F: 深海氧同位素曲线(红色线)
2014-06-11
