碘-129（129I）是一種長(zhǎng)壽命放射性核素，因其半衰期長(zhǎng)而在地質(zhì)年代學(xué)中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，由于陸地環(huán)境中129I/127I初始比值的復(fù)雜性，該方法在陸相沉積系統(tǒng)中的應(yīng)用長(zhǎng)期受限。前期研究發(fā)現(xiàn)，海洋碘釋放和流域“老碘”風(fēng)化在西風(fēng)、季風(fēng)的作用下共同影響水系沉積系統(tǒng)中的碘同位素組成。然而，風(fēng)塵沉積的黃土與水系沉積物的形成環(huán)境差異巨大。黃土中碘同位素存在怎樣的分布特征，受控于哪些因素，其較高的沉積速率能否記錄之前可能的古地磁場(chǎng)變化信號(hào)？這些問(wèn)題的解答將為構(gòu)建適用于紅粘土定年的129I/127I初始值提供重要思路。

為此，多核素年代學(xué)與環(huán)境示蹤團(tuán)隊(duì)對(duì)中國(guó)黃土高原西峰和靖遠(yuǎn)兩個(gè)典型黃土剖面開(kāi)展了高分辨率分析，首次全面記錄了129I和127I含量在過(guò)去30萬(wàn)年的沉積變化（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，位于黃土高原西部靖遠(yuǎn)剖面的127I含量呈現(xiàn)出與高原中部西峰剖面相似的模式。這驗(yàn)證了他們之前發(fā)現(xiàn)的季風(fēng)變化對(duì)東亞內(nèi)陸風(fēng)塵沉積中穩(wěn)定碘含量的控制作用，而129I含量和129I/127I比值與127I含量的變化特征皆不相同，表明129I含量受到了除氣候變化以外其他因素的調(diào)控。

進(jìn)一步，他們將重建的兩個(gè)黃土剖面的129I沉積通量與地磁場(chǎng)虛軸向偶極矩（VADM）、海洋沉積物就地自生10Be/9Be以及黃土10Be殘差（residue）進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)其波動(dòng)與地磁場(chǎng)強(qiáng)度變化高度相關(guān)（圖2）。例如，在多個(gè)地磁漂移和倒轉(zhuǎn)事件期間（如Laschamp和Blake事件），129I通量表現(xiàn)出明顯峰值。這證明了地磁場(chǎng)通過(guò)影響宇宙射線通量從而調(diào)制129I的產(chǎn)率。然而，其中一些峰值的振幅與上述其他指標(biāo)所反映的地磁場(chǎng)強(qiáng)度變化不一致，可能歸因于各地質(zhì)歷史時(shí)期不同氣候背景下降雨和沙塵分別對(duì)大氣中懸浮129I不同程度的清除和載帶。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，與上述幾項(xiàng)指標(biāo)相比，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，西峰剖面129I通量記錄的部分地磁漂移事件存在缺失、時(shí)間跨度縮短以及振幅減小等問(wèn)題。他們認(rèn)為，這是由于深層黃土經(jīng)歷了更長(zhǎng)時(shí)間的有機(jī)質(zhì)降解，有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)碘這一主要組分隨之分解，從而導(dǎo)致較早形成的黃土中129I通量信息的缺失。

該成果近期發(fā)表在Quaternary Science Reviews（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)Top期刊，IF: 3.2）上。范煜坤副研究員為第一作者和通訊作者。該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金（42273027）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2020408）和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（XDB40000000）共同資助完成。

Yukun Fan*, Jibao Dong, Zhongyi Liu, Xue Zhao, Yanyun Wang, Xianghui Kong, Qi Liu, Weijian Zhou, Xiaolin Hou (2025). Geomagnetic field modulation of cosmogenic 129I recorded in Chinese loess sequences. Quaternary Science Reviews. 347, 109094.

https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2024.109094

圖1 靖遠(yuǎn)和西峰黃土剖面碘同位素深度分布與其他氣候指標(biāo)比對(duì)

圖2 黃土剖面129I沉積通量與古地磁場(chǎng)強(qiáng)度記錄對(duì)比