地磁場起源于地球外核富鐵流體的對流，是認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制的窗口。地磁場可以屏蔽部分帶電高能粒子和宇宙射線，保護(hù)著地球上的生命。研究地磁場的變化規(guī)律對認(rèn)識(shí)地球深部動(dòng)力機(jī)制和地表過程和環(huán)境具有重要意義。高沉積速率的沉積物（如黃土剖面、海洋與湖泊沉積物鉆探巖芯等）是開展高分辨率地磁場長期變化（PSV）研究的理想材料。近20年來東亞地區(qū)已發(fā)表地磁場長期變數(shù)據(jù)幾乎都是通過海洋或湖泊沉積物鉆探巖芯獲得的，缺少磁偏角數(shù)據(jù)的絕對變化記錄，且部分研究的分辨率較低?？臻g分布方面，東亞地磁場長期變研究主要來自日本和中國，研究區(qū)域多集中在中低緯度，35°N以上的區(qū)域較少（圖1）。上述情況制約了對東亞地區(qū)地磁場變化規(guī)律的全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。
圖1?東亞地區(qū)相關(guān)PSV記錄與民樂剖面位置分布
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生樊耘暢在導(dǎo)師潘永信研究員和蔡書慧副研究員的指導(dǎo)下，聯(lián)合巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧成龍研究員，西班牙馬德里康普頓斯大學(xué)Francisco Javier Pavón-Carrasco副教授和中國地震局地質(zhì)研究所熊建國研究員，對甘肅西北部全新世黃土-古土壤高沉積速率剖面（民樂剖面）開展地磁場長期變研究，獲得了該地區(qū)全新世地磁場方向（偏角和傾角）絕對變化記錄，并結(jié)合東亞已有數(shù)據(jù)，建立了14 ka以來東亞地磁場長期變化參考曲線和東亞區(qū)域地磁場方向變化模型。
民樂剖面磁學(xué)結(jié)果顯示，該剖面的磁性礦物種類為低矯頑力的單疇-假單疇的磁鐵礦為主，含有較少量的磁赤鐵礦。經(jīng)過系統(tǒng)交變退磁和熱退磁測試，絕大部分樣品分離出了穩(wěn)定的特征剩磁方向，且兩種退磁方式的一致性較好（圖2），指示民樂剖面結(jié)果具有良好的可靠性。與東亞地區(qū)其它緯度記錄和全球模型預(yù)測結(jié)果相比，民樂剖面的結(jié)果揭示出了更多的細(xì)節(jié)變化，說明該剖面時(shí)間分辨率較高，不同記錄部分時(shí)期存在比較明顯且可比的特征峰值與谷值，同時(shí)也存在不一致的變化時(shí)期（圖3），指示14ka以來東亞地區(qū)地磁場變化以偶極分量占主導(dǎo)，部分時(shí)期的非偶極分量影響顯著增強(qiáng)。
圖2?民樂剖面樣品退磁結(jié)果與有關(guān)磁性參數(shù)隨深度和年齡變化
圖3 民樂剖面PSV記錄與東亞地區(qū)已有記錄和模型預(yù)測對比
同時(shí)，他們系統(tǒng)整理并篩選了東亞地區(qū)已發(fā)表的沉積記錄長期變數(shù)據(jù)，結(jié)合新增民樂剖面數(shù)據(jù)，計(jì)算了過去14 ka東亞沉積物記錄長期變化參考曲線(EASed14k)（圖4），并建立了東亞地區(qū)14ka以來地磁場方向長期變化模型(SCHA.EAS14k)（圖5）。該研究通過黃土剖面獲得的全新世高精度地磁場長期變記錄可作為代表性剖面用于區(qū)域結(jié)果對比，建立的東亞PSV參考曲線和區(qū)域地磁場模型為地磁場區(qū)域和全球?qū)Ρ忍峁┝嘶A(chǔ)和依據(jù)。
圖4 EASed14k參考曲線與Zheng等（2014）發(fā)表的東亞PSV集成曲線、中國考古磁學(xué)PSV曲線、SCHA.EAS14k區(qū)域模型預(yù)測結(jié)果對比
圖5 SCHA.EAS14k模型預(yù)測的4.35 ka、9.15 ka和11.55 ka地磁場方向區(qū)域分布。白色五角星為模型的中心位置(30oN，108oE)，白色圓形為用于計(jì)算模型的東亞PSV記錄的位置
研究成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊JGR: Solid Earth（樊耘暢，蔡書慧*，F(xiàn)rancisco Javier Pavón-Carrasco，熊建國，鄧成龍，潘永信. High-resolution paleomagnetic secular variation since ~13 ka from a loess section in Northwest China and a regional geomagnetic directional model for East Asia [J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,?2024,129: e2023JB028094. DOI: 10.1029/2023JB028094.）。研究受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42488201，42388101，41974077，41621004）、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)部署項(xiàng)目（IGGCAS-201905）、中國科學(xué)院百人計(jì)劃項(xiàng)目和國家第二次青藏高原科學(xué)考察項(xiàng)目（2019QZKK0704）聯(lián)合資助。