古土壤的古气候意义

古土壤是在古气候条件下形成并经过许多地质事件保存下来的土壤。它记录了土壤形成时的母质、气候、生物群落、地形(包括排水条件)、成土时间等因素。气候干燥时，土壤会因干旱而脱水，使土壤盐分增加，石灰堆积，氧化作用增强，还原作用减弱；气候转湿，土壤水分增加，元素淋溶加剧，导致元素迁移富集，同时土壤会发生沼泽化和潜在化。因此，古土壤是气候变化的长期记录者(Xi樊城，1990)，不同类型的古土壤反映了其形成时的古气候条件。

C ecil(1990)根据地层中发育的古土壤和各种岩石类型的特征，建立了气候变化模型。在该模型中，季节性和非季节性降雨对热带和亚热带地区的植被、岩石风化、沉积物侵蚀和输运以及沉积物有明显的影响。热带雨季降雨量大，植被以热带雨林为主，岩石强风化，易形成有机土和砖红壤。风化产物主要为高铝粘土和应时，但侵蚀和搬运作用较弱。长湿短干气候，植被以森林为主，也发育有机质土壤和砖红壤，风化程度中等至强，侵蚀和搬运作用弱至中等；当气候干湿交替时，降雨具有明显的季节性，植被以草地为主，化学风化中等至弱，但侵蚀搬运强烈，可形成变质土壤和有机土壤；半干旱气候下，降雨少，长期干旱，植被为荒漠草原，风化弱，侵蚀搬运中等，相对湿润地区可发育变质土壤；在干旱气候下，降雨量少，植被以灌木为主，风化作用最弱，侵蚀和搬运作用最弱，一般发育干燥土壤(表5.8)。认为煤层和残积土反映了相对湿润的气候，而蒸发形成的石灰岩和白云岩则代表了相对干燥的气候条件。

表5.8热带和亚热带古气候对季节性和非季节性降雨的响应

(据塞西尔1990)

注:降雨特征和响应是渐进的，变化很大。

因为古土壤的形成不仅受古气候的影响，还受古地形、母质和成土时间的影响。因此，在相同的成土时间，不同的地方一般会形成不同类型的古土壤。然而在地层的垂直剖面上，却显示出在一定时期内会同时出现多种类型的古土壤，而且这些古土壤也是在相同的古气候条件下形成的。河北南部石炭纪-二叠纪发育的古土壤就是如此。在任何时期，所发育的古土壤类型都不是完全单一的，而是几种古土壤类型的组合(邵龙义等，2005；何志平等，2005)。本溪组主要发育古新土、古有机质土(煤层)和古氧化土，反映了本溪组沉积时，海水经常侵入研究区，受海洋湿气影响，气候湿润。太原组-山西组煤层广泛发育，太原组沉积时期经常发生海侵。由于受海水影响，气候湿润，但也表现出短时干燥。例如，煤层底板暴露后表现出强烈的淋溶特征。主要发育古新成土、古有机质土(煤层)和古潜土，其中古潜土实际上是早期形成的残积土，海侵时被海水覆盖，后又经潜成土改造，一般为煤层底板的根土岩石。下石盒子组沉积时期，海水基本退出研究区，以河流沉积环境为主。海洋水分对当时古气候的影响不如以前强烈，气候变得半干半湿，河流间歇性泛滥，河流泛滥盆地发育古氧化土、古变质土、古成土。上石河组沉积时期主要发育古氧化土、古干旱土和古成土，后期开始发育古变质土，反映气候以半干旱为主，后期气候湿度增大，但以半湿润半干燥气候条件为主(图5.20)。

图5.20研究区石炭-二叠纪古土壤特征及古气候图5.20研究区石炭-二叠纪古土壤及古气候。