20世纪80年代，瑞士的Heller教授和“中国黄土之父”刘东生院士将陕西洛川黄土的磁化率仪与北太平洋深海钻孔V28-239的氧同位素进行对比，开启了中国黄土与深海记录对比的先河，从此中国黄土走向全球古气候研究的前沿，并被正式纳入全球第四纪环境的框架。随后的研究证明了中国黄土-古土壤序列是记录东亚地区和全球260万年以来气候变化重要的陆相沉积(图1)，并与深海沉积、极地冰芯共同构成第四纪古气候研究的三大支柱。

图1. 陕西铜川典型的中国黄土-古土壤序列 (照片引自安芷生院士)。 

经过近四十年的发展，中国黄土的古气候代用指标与深海氧同位素的对比研究日趋完善。然而，一个突出的问题是，中国黄土与深海沉积记录的松山-布容古地磁极性倒转界线(Matuyama-Brunhes Boundary，MBB)的位置出现了明显的错位(图2)。

图2. 中国黄土磁化率与深海氧同位素的MBB错位对应关系. 绿色实线代表理论MBB和Jaramillo界线位置，黑丝虚线代表实测MBB和Jaramillo界线位置。

MBB代表发生在距今78万年的一次地磁场倒转事件，这种地磁极性倒转具有全球同时发生的特征。在深海沉积中，MBB被记录在深海氧同位素19阶段(MIS 19)中部偏上的位置，属于间冰期。但奇怪的是，在中国黄土中，MBB大多出现在黄土层L8的中下部，对应MIS 20，属于冰期。MBB作为一次全球性的事件，理应被海陆相沉积物同时记录在相同的气候期，但是MBB在海洋记录中却晚于中国黄土的记录。这种差别在30多年之前就已被发现，对第四纪海陆古气候对比造成了极大的困惑，一直是黄土研究中一个的难题。这一难题阻碍了黄土精细的天文年代标尺的发展。因此，探究MBB在海陆相沉积中错位的原因一直是第四纪地质学和古气候学研究者们长期关注的热点问题。

关于MBB存在海陆位置差异的原因，至少存在四种不同的解释。第1种观点认为，黄土沉积后由于风化作用导致剩磁延迟获得效应(lock-in效应)，可引起MBB从S7下移至L8，lock-in效应可以造成松山反极性时堆积的L8在布容正极性时完成天然磁通门剩磁的延迟锁定，延迟时长可达三万年，相应的lock-in深度可达3米，因而被称为“大尺度锁定深度”模型。这种观点认为真实的MBB界限应记录在S7中。但是，第二种观点依据黄土记录的短时间尺度的极性飘移事件，认为黄土的lock-in效应是微弱的，实测MBB无需大幅校正，L8与S8的过渡带即为理论MBB所在位置。这种观点认为真实的MBB界限记录在S8顶部，传统的海陆气候对比方案是错位的。第三种观点认为，海洋与陆地存在气候相位差，海洋气候记录滞后于黄土记录。第四种观点认为黄土受地磁通门磁场强度、岩性、化学风化等影响，原生剩磁可能在复杂的沉积后改造过程中被后期的磁场信息完全掩盖，这一过程称为“重磁化”。该观点认为松散的黄土更容易发生重磁化，上粉砂层L9中普遍存在的异常正极性带可能就是布容期重磁化的产物，类似的，L8的松山期原生剩磁信息可能也会被布容期掩盖。

图3. 黄土高原分布示意图. 五角星代表本文研究地点，红点代表本研究涉及的黄土剖面。

为了更好地理解黄土记录的古地磁极性界线错位的原因，有必要对MBB以外的古地磁极性界线位置进行类似的研究，探究这些极性界线是否也存在类似MBB的错位现象。针对上述科学问题，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院肖国桥副教授团队和中国科学院地球环境研究所的科研人员对黄土高原东南部三门峡地区进行了系统的地质调查和采样(图3)。研究团队通过对两个平行黄土剖面S9-S18的地层进行高分辨率的磁性地层、相对古强度(RPI)和岩石磁学研究，并将结果与深海沉积记录的氧同位素、古地磁极性界线、RPI进行详细对比，探究了MBB和Jaramillo的理论位置及黄土古地磁通门磁极性界线错位的原因。所获得的主要发现如下：

(1) 实测Jaramillo顶、底界在黄土高原不同剖面中各不相同，存在超过一个黄土-古土壤旋回的差异(图4)，这种差异无法用地层划分差别、沉积速率或区域气候差异来解释。Jaramillo界线在海陆位置的差异相较于MBB更加明显，因而不能以实测Jaramillo界线作为同时期海陆古气候对比的可靠依据。

图4. Jaramillo实测界线在不同黄土剖面的位置，灰色极性柱代表异常磁极性带。

(2) 中国黄土磁化率与深海氧同位素及二者记录的RPI对比显示，中国黄土Jaramillo的理论顶、底界分别应位于S11顶部和S13中部，分别对应于MIS 28b和MIS 31 (图5)。黄土高原不同地区的实测Jaramillo顶、底界位置相对理论界线发生了不同程度的上移或下移，lock-in效应虽然能够解释界线下移的情况，但显然无法解释界线发生上移的现象(图4)。本研究提出，地磁场强度在极性倒转时期明显减弱，导致同期形成的黄土原生沉积剩磁不稳定，受到了沉积后重磁化的影响，导致实测Jaramillo顶、底界相对理论界线发生了不同程度的上移或下移。1.2-0.7 Ma至少存在7个地磁场强度减弱的时期，这些古地磁极性倒转或飘移事件造成的地磁场强度低值期对黄土记录的古地磁极性界线位置和异常磁极性带有重要的影响(图6)。

图5. 中国黄土与深海沉积的古气候指标与相对古强度(RPI)对比，绿色实线代表Jaramillo理论位置，黑色实线代表Jaramillo实测位置。

(3) MBB下移的深度在不同剖面中存在0-9 米的变化范围(图7)，如此大的下移深度以及这种空间上不按气候特征变化的现象无法用lock-in效应来解释。但是，用弱磁场期的重磁化可以很好地解释这些现象：由于L8和S7是在松山-布容古地磁极性倒转过程中堆积的地层，这一时期的弱地磁场造成了L8和S7获得的原生剩磁不稳定，其会受到布容正极性时不同程度的重磁化而导致实测MBB发生不同程度的下移，这也是不同剖面实测的MBB可位于S7、L8中部或S8顶部的原因，但其始终位于MBB转变过程的弱地磁场时期内。但为什么实测MBB只会发生下移而不发生上移呢？这是因为L8和S7在布容正极性时后再也没有经历长时间的负极性期的重磁化。

图6. 地磁场强度变化与中国黄土异常磁极性带的对应关系 (0.7-1.2 Ma)，阴影代表地磁场强度低值期，灰色极性柱和红色极性柱分别代表正极性期和负极性期引起的重磁化。

图7. 实测MBB在不同黄土剖面的位置，双箭头代表实测MBB与理论MBB的错位区间，灰色阴影代表地磁场强度低值期。

(4) 根据中国黄土的MBB和Jaramillo理论位置，本研究修订了~1.6 Ma以来的中国黄土磁化率与深海氧同位素的对比方案。其中，S4-S9仍然与MIS 11-25对应，MBB所在的MIS 19对应于中国黄土的古土壤层S7，与传统的海陆对比方案一致。本研究参考Jaramillo的理论界线，将S10-S22与MIS27-55的对比方案进行了重新修订(图8)，重点将争议较大的Jaramillo附近的海陆古气候指标的对应关系调整为S10-MIS 27，S11-MIS 28b，S12-MIS 29，S13-MIS 31。

图8. 中国黄土磁化率与深海氧同位素对应关系 (0.4-1.6 Ma)，绿色实线代表理论古地磁极性倒转界线的位置，黑色虚线代表后沟剖面实测Jaramillo界线位置。