地磁場起源于地球外核富鐵流體的對流，是認識地球内部結構和動力學機制的視窗。地磁場可以屏蔽部分帶電高能粒子和宇宙射線，保護着地球上的生命。研究地磁場的變化規律對認識地球深部動力機制和地表過程和環境具有重要意義。高沉積速率的沉積物（如黃土剖面、海洋與湖泊沉積物鑽探岩芯等）是開展高分辨率地磁場長期變化（PSV）研究的理想材料。近20年來東亞地區已發表地磁場長期變資料幾乎都是通過海洋或湖泊沉積物鑽探岩芯獲得的，缺少磁偏角資料的絕對變化記錄，且部分研究的分辨率較低。空間分布方面，東亞地磁場長期變研究主要來自日本和中國，研究區域多集中在中低緯度，35°N以上的區域較少（圖1）。上述情況制約了對東亞地區地磁場變化規律的全面系統的認識。
圖1 東亞地區相關PSV記錄與國樂剖面位置分布
中國科學院地質與地球實體研究所地球與行星實體重點實驗室博士生樊耘暢在導師潘永信研究員和蔡書慧副研究員的指導下，聯合岩石圈演化國家重點實驗室鄧成龍研究員，西班牙馬德裡康普頓斯大學Francisco Javier Pavón-Carrasco副教授和中國地震局地質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（國樂剖面）開展地磁場長期變研究，獲得了該地區全新世地磁場方向（偏角和傾角）絕對變化記錄，并結合東亞已有資料，建立了14 ka以來東亞地磁場長期變化參考曲線和東亞區域地磁場方向變化模型。
國樂剖面磁學結果顯示，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。經過系統交變退磁和熱退磁測試，絕大部分樣品分離出了穩定的特征剩磁方向，且兩種退磁方式的一緻性較好（圖2），訓示國樂剖面結果具有良好的可靠性。與東亞地區其它緯度記錄和全球模型預測結果相比，國樂剖面的結果揭示出了更多的細節變化，說明該剖面時間分辨率較高，不同記錄部分時期存在比較明顯且可比的特征峰值與谷值，同時也存在不一緻的變化時期（圖3），訓示14ka以來東亞地區地磁場變化以偶極分量占主導，部分時期的非偶極分量影響顯著增強。
圖2 國樂剖面樣品退磁結果與有關磁性參數随深度和年齡變化
圖3 國樂剖面PSV記錄與東亞地區已有記錄和模型預測對比
同時，他們系統整理并篩選了東亞地區已發表的沉積記錄長期變資料，結合新增國樂剖面資料，計算了過去14ka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域結果對比，建立的東亞PSV參考曲線和區域地磁場模型為地磁場區域和全球對比提供了基礎和依據。
圖4 EASed14k參考曲線與Zheng等（2014）發表的東亞PSV內建曲線、中國考古磁學PSV曲線、SCHA.EAS14k區域模型預測結果對比
圖5 SCHA.EAS14k模型預測的4.35 ka、9.15 ka和11.55 ka地磁場方向區域分布。白色五角星為模型的中心位置(30ºN，108ºE)，白色圓形為用于計算模型的東亞PSV記錄的位置
研究成果發表于國際權威學術期刊JGR: Solid Earth（樊耘暢，蔡書慧*，Francisco 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基金項目（42488201，42388101，41974077，41621004）、中國科學院地質與地球實體研究所重點部署項目（IGGCAS-201905）、中國科學院百人計劃項目和國家第二次青藏高原科學考察項目（2019QZKK0704）聯合資助。
美編：傅士旭(華東師大）
校對：萬鵬