地磁场起源于地球外核富铁流体的对流，是认识地球内部结构和动力学机制的窗口。地磁场可以屏蔽部分带电高能粒子和宇宙射线，保护着地球上的生命。研究地磁场的变化规律对认识地球深部动力机制和地表过程和环境具有重要意义。高沉积速率的沉积物（如黄土剖面、海洋与湖泊沉积物钻探岩芯等）是开展高分辨率地磁场长期变化（PSV）研究的理想材料。近20年来东亚地区已发表地磁场长期变数据几乎都是通过海洋或湖泊沉积物钻探岩芯获得的，缺少磁偏角数据的绝对变化记录，且部分研究的分辨率较低。空间分布方面，东亚地磁场长期变研究主要来自日本和中国，研究区域多集中在中低纬度，35°N以上的区域较少（图1）。上述情况制约了对东亚地区地磁场变化规律的全面系统的认识。
图1 东亚地区相关PSV记录与民乐剖面位置分布
中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室博士生樊耘畅在导师潘永信研究员和蔡书慧副研究员的指导下，联合岩石圈演化国家重点实验室邓成龙研究员，西班牙马德里康普顿斯大学Francisco Javier Pavón-Carrasco副教授和中国地震局地质研究所熊建国研究员，对甘肃西北部全新世黄土-古土壤高沉积速率剖面（民乐剖面）开展地磁场长期变研究，获得了该地区全新世地磁场方向（偏角和倾角）绝对变化记录，并结合东亚已有数据，建立了14 ka以来东亚地磁场长期变化参考曲线和东亚区域地磁场方向变化模型。
民乐剖面磁学结果显示，该剖面的磁性矿物种类为低矫顽力的单畴-假单畴的磁铁矿为主，含有较少量的磁赤铁矿。经过系统交变退磁和热退磁测试，绝大部分样品分离出了稳定的特征剩磁方向，且两种退磁方式的一致性较好（图2），指示民乐剖面结果具有良好的可靠性。与东亚地区其它纬度记录和全球模型预测结果相比，民乐剖面的结果揭示出了更多的细节变化，说明该剖面时间分辨率较高，不同记录部分时期存在比较明显且可比的特征峰值与谷值，同时也存在不一致的变化时期（图3），指示14ka以来东亚地区地磁场变化以偶极分量占主导，部分时期的非偶极分量影响显著增强。
图2 民乐剖面样品退磁结果与有关磁性参数随深度和年龄变化
图3 民乐剖面PSV记录与东亚地区已有记录和模型预测对比
同时，他们系统整理并筛选了东亚地区已发表的沉积记录长期变数据，结合新增民乐剖面数据，计算了过去14 ka东亚沉积物记录长期变化参考曲线(EASed14k)（图4），并建立了东亚地区14ka以来地磁场方向长期变化模型(SCHA.EAS14k)（图5）。该研究通过黄土剖面获得的全新世高精度地磁场长期变记录可作为代表性剖面用于区域结果对比，建立的东亚PSV参考曲线和区域地磁场模型为地磁场区域和全球对比提供了基础和依据。
图4 EASed14k参考曲线与Zheng等（2014）发表的东亚PSV集成曲线、中国考古磁学PSV曲线、SCHA.EAS14k区域模型预测结果对比
图5 SCHA.EAS14k模型预测的4.35 ka、9.15 ka和11.55 ka地磁场方向区域分布。白色五角星为模型的中心位置(30ºN，108ºE)，白色圆形为用于计算模型的东亚PSV记录的位置
研究成果发表于国际权威学术期刊JGR: Solid Earth（樊耘畅，蔡书慧*，Francisco Javier Pavón-Carrasco，熊建国，邓成龙，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.）。研究受国家自然科学基金项目（42488201，42388101，41974077，41621004）、中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS-201905）、中国科学院百人计划项目和国家第二次青藏高原科学考察项目（2019QZKK0704）联合资助。