亚洲风尘物源研究的新进展

中国北方以及临近蒙古国的亚洲内陆干旱区是全球重要风尘释放中心之一. 中国北方风成黄土与北太平洋软泥和格陵兰冰芯中的亚洲风尘沉积一起, 是研究古环境的良好材料. 粉尘释放后随大气环流向东或东南方向传输, 并常表现为东亚地区春季的沙尘暴. 亚洲风尘还影响着全球水循环和能量平衡. 风尘在风化溶解时不但吸收大量大气二氧化碳, 还是海陆生态系统中铁和磷等营养元素的重要来源, 成为全球物质循环中重要的一部分. 亚洲风尘物源研究对揭示风尘物质的产生与搬运机制、解读风尘沉积的古环境记录、预测风尘的环境效应及指导当代沙尘治理都有重要意义.     

近700ka来西菲律宾海沉积物来源和东亚冬季风演化的常量元素记录

为系统了解西菲律宾海700ka以来柱状沉积物的常量元素组成特征及其物源和古环境指示意义,对本哈姆高原上MD06-3047孔的221个样品进行了粒度和常量元素组成分析,并测试了其中16个典型沉积物中碎屑态的常量元素含量.物源判别图解及R型因子分析结果均表明钻孔中主要氧化物含量在垂向上的变化主要受控于附近火山碎屑物质沉积作用和陆源风尘物质输入,而海洋生物沉积作用及热液活动的影响较小.特别是以Al2O3和K2O为代表的陆源风尘因子的得分变化表现出明显的冰期-间冰期旋回特征,并与南极冰芯的古温度记录及中国黄土的东亚冬季风记录间具有良好可比性,进而为揭示东亚冬季风强度及风尘源区干湿条件制约下的研究区内陆源风尘物质输入演化历史提供了新的替代性指标.     

塔里木盆地南缘上新世至早更新世风成黄土的古环境意义

研究了塔里木盆地南缘上 新世至早更新世阿图什组和西域组中的粉砂岩夹层的沉积特征、粒度特征、地球化学特征和石英颗粒表面特征，结合古环境综合分析，认为这些粉砂岩条带为风成成因。表明塔里木盆地南缘风成沉积（黄土）至少开始上新世早期，塔里木盆地地区与现代相似的全球气候环境变化，尤其是亚洲内陆干旱化的响应。     

250 kaBP前后中国北方干旱区的扩张及其原因

青藏高原东北缘的武威黄羊镇及高原东南缘的川西甘孜黄土剖面同时记录了250kaBP前后一次显著的干旱化事件，前者表现为风尘粒度变粗，后者表现为C4植被扩张和古土壤化学风化强度的降低。这次事件在我国北部干旱区及北太平洋风尘记录中均有强烈表现，而在东南季风控制的黄高原中南部及西风带控制的中亚地区的现有记录中没有明显反映。由于川西甘孜剖面位于典型的西南季风区，中国北方这次重要的干旱化事件主要是来自西南了风的水汽减少所致。青藏高原东南缘在该时期的强烈隆升可能是水汽输送减少的直接原因。     

上海地下也曾有过“黄土地”

近年来的研究发现 :事实上在长江三角洲东部平原 (包括上海 )、甚至在整个东海陆架地区 ,在晚第四纪时期曾普遍存在风尘黄土的堆积     

黄土-古土壤中石英颗粒的粒度分布

通过对黄土－古土壤全样及分离的石英样的粒度分析,发现经历了不同程度风化成土和成壤作用的黄土－古土壤全样的粒度总体变细,并且不同粒级组分的含量变化不尽相同,从全样中分离出的石英颗粒,由于基本剔除了后期成壤作用的产物,可能较好地指示了原始粉尘的粒度组成,其粒度参数应是东亚冬季风强度的一个较好的替代性指标。     

皖南风尘堆积-土壤序列的磁性地层学列的磁性地层学研究及其古环境意义

对位于长江下游地区的安徽宣城、繁昌两个风尘堆积典型剖面进行了系统的磁性地层学和沉积学研究, 并对宣城剖面上部的样品进行了热释光测年. 结果表明, 宣城剖面松山/布容(B/M)界限位于剖面中网纹红土的中、下部, 而该剖面风尘堆积的下界位于B/M界限以下, 年代约为0.85 MaBP. 繁昌剖面全部形成于布容期. 该结果同时指示, 我国南方的网纹红土不全是第三纪遗留的产物, 最新一期的网纹红土形成于0.78 Ma (B/M界限)以后, 表明我国南方中更新世经历了极端的暖湿气候, 应当与北方黄土-古土壤序列中的S4和S5对应. 0.85 MaBP前后长江中、下游开始出现持续的风尘堆积, 是该区环境对中更新世全球性重大气候变化的响应. 当时东亚冬、夏季风同时加强, 冰期与间冰期气候反差加大导致的河流水文状态变化为风尘堆积的物源和搬运提供了有利条件.     

中国干旱-半干旱区风尘物质的Sr, Nd同位素地球化学: 对黄土来源和季风演变的指示

不同的岩石和矿物有不同的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值, 在大气迁移或沉积过程中这些比值比元素组分更难被改变, 因而Sr和Nd同位素作为物质来源和迁移的示踪剂具有很大的潜能. 在地表过程中, 沉积物Sr同位素比值受母岩特征、粒度变化和化学风化的制约. 一般地, 母岩Sr同位素比值高, 和/或细颗粒组分多, 和/或化学风化作用强, 沉积物Sr同位素比值就高; 反之, 则低. Nd同位素比值不受粒度和化学风化的控制, 而仅与母岩同位素特征相关. 关于黄土高原物质来源, 利用Sr-Nd同位素示踪方法, 不同的学者获得不一致甚至相反的结论. 综合已有的Nd同位素资料, 我们认为塔里木盆地、内蒙古中西部沙漠、青藏高原是黄土高原的主要源区, 而这些源区以及黄土高原又是远东地区风尘的生产地. 黄土高原风尘物质组成均一, 其Sr同位素比值仅受风力分选作用和风化成壤作用的制约. 风力分选作用与东亚冬季风有关, 而风化成壤作用主要与夏季风相关联. 黄土-古土壤序列中Sr同位素的研究表明, 酸溶物⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值是黄土高原化学风化程度的指标, 可指示东亚夏季风的变化; 酸不溶物⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的变化明显受粒度的制约, 可作为反映东亚冬季风强弱变化的替代指标, 并表明自第四纪以来东亚冬季风逐渐加强, 这与第四纪大冰期以来气候逐渐变冷的观点一致.     

皖南风尘堆积-土壤序列的磁性地层学研究及其古环境意义

对位于长江下游地区的安徽宣城、繁昌两个风尘堆积典型剖面进行了系统的磁性地层学和沉积学研究, 并对宣城剖面上部的样品进行了热释光测年. 结果表明, 宣城剖面松山/布容(B/M)界限位于剖面中网纹红土的中、下部, 而该剖面风尘堆积的下界位于B/M界限以下, 年代约为0.85 MaBP. 繁昌剖面全部形成于布容期. 该结果同时指示, 我国南方的网纹红土不全是第三纪遗留的产物, 最新一期的网纹红土形成于0.78 Ma (B/M界限)以后, 表明我国南方中更新世经历了极端的暖湿气候, 应当与北方黄土-古土壤序列中的S4和S5对应. 0.85 MaBP前后长江中、下游开始出现持续的风尘堆积, 是该区环境对中更新世全球性重大气候变化的响应. 当时东亚冬、夏季风同时加强, 冰期与间冰期气候反差加大导致的河流水文状态变化为风尘堆积的物源和搬运提供了有利条件.     

900 ka以来黄土-古土壤序列记录的风尘铁含量变化及其古气候意义

风尘中所含的铁是海洋生物的营养元素, 对浮游生物的生产力有重要影响, 从而对海洋吸收CO₂的量有调节作用, 进而影响全球气候. 从亚洲内陆产生的粉尘不仅堆积于黄土高原, 形成黄土-古土壤序列, 而且落入北太平洋等海域. 基于黄土高原中部的西峰和长武两个剖面, 对900 ka 以来风尘的铁含量及其时域变化特征进行分析, 结果表明, 不同时期的风尘铁含量具有明显的变化. 铁含量的波动总体上与冰期-间冰期旋回的变化差异较大, 不具明显的100 ka的周期, 而具有较强的准20 ka的周期和清晰的准40 ka周期, 显示北半球太阳辐射的变化对风尘铁含量有明显的控制作用. 900 ka以来, S5-1古土壤(深海氧同位素阶段13)的铁含量最高, 对应于900 ka以来大洋碳同位素值最高的时期, 表明该事件具有全球性的意义.     

赣北红土与北京邻区黄土及沙漠砂的粒度特征对比

沿着东亚冬季风主要路径之一,采集了自浑善达克南端的沙漠砂,北京附近的黄土与古土壤到赣北九江的红土样品,对这些样品所致粒度分析表明,赣北红土的粒度特征与北京邻区黄土沉积中的古土壤层相似,频率曲线具有多峰特点,而黄土与沙漠砂粒度曲线主要呈单峰分布,从粒度参数看,沙漠砂,黄土,古土壤和赣北红土具有沉积土上渐变过渡性,赣北红土具有远源风成堆积的粒度特征。     

川西甘孜黄土-古土壤序列的地球化学演化特征及其古气候意义

川西高原位于青藏高原的东南边缘, 气候主要受印度洋西南季风和高原季风的影响. 对川西甘孜地区甘孜寺黄土剖面地球化学特征的系统研究表明, 甘孜黄土在风尘源区经历了斜长石分解从而导致Na, Ca等活动性元素淋失的化学风化过程, 沉积后的化学风化主要表现为成壤过程中碳酸盐的淋溶淀积及Fe²⁺的氧化. 甘孜寺剖面CIA, Na/K以及Fe²⁺/ Fe³⁺等地球化学参数记录显示, 1.15 Ma BP以来甘孜黄土的风化强度有逐步减弱的趋势, 反映了更新世中期以来青藏高原东南缘持续变干的气候变化特征, 是区域气候对全球气候变化的响应. 同时, 本区气候变化在与全球变化基本一致的基础上, 也存在着明显的差异, 其中最突出的表现就是自约250 ka BP以来干旱化程度明显加剧. 该气候事件的形成可能与青藏高原东南缘隆升对西南季风水汽输送的屏障作用有关.     

青藏高原东北部黄土堆积的岩石磁学性质及其古气候意义

对青藏高原东北部青海拉拉口、盘子山和东川等地的黄土-古土壤样品进行的磁化率、频率磁化率、c-T曲线、饱和等温剩磁和磁滞回线等测试分析结果表明, 晚第四纪青藏高原东北部风尘堆积黄土和古土壤中的磁性矿物都以磁铁矿为主, 还有磁赤铁矿和赤铁矿. 古土壤中的磁赤铁矿含量高于黄土, 说明在成壤过程中除了形成赤铁矿外, 还新生成了磁赤铁矿, 这些土壤成因的磁赤铁矿使古土壤磁化率明显增强. 这与六盘山以东黄土高原的黄土-古土壤具有相似的特征. 另一方面, 青藏高原东北部的黄土层和古土壤层中的亚铁磁性矿物的平均粒度都是准单畴, 但黄土层中亚铁磁性矿物的平均粒度较粗, 明显偏向多畴区域. 研究区黄土-古土壤序列的磁化率高低与超顺磁颗粒的含量和土壤发育强度基本呈正相关. 气候作用是主导高原黄土-古土壤磁化率增强的主要因素, 即温湿气候增强土壤化作用, 从而导致磁化率增强.     

秦安中新世黄土-古土壤序列石英颗粒形态特征、粒度分布及其对成因的指示意义

对QA-I剖面中新世黄土-古土壤序列的石英颗粒进行扫描电镜观察和粒度测试, 并与第四纪典型黄土样品进行了对比. QA-I剖面石英颗粒以次棱角状和棱角状为主, 与第四纪黄土一致; 粒度以小于50 μm的粉砂级组分占绝对优势, 最大粒径小于120 μm, 进一步支持QA-I剖面为典型风尘沉积. 古土壤层的石英和全岩粒度均小于黄土层, 指示它是加积型古土壤, 具有季风环境下土壤的典型特征. 本研究为中新世黄土的成因和形成过程提供了新的沉积学证据.     

洛川黄土粒度组成的古气候意义

中国黄土堆积记录了第四纪东亚古季风气候变迁历史,黄土古土壤的粒度作为季风气候变化的替代性指标得到了广泛应用.除了从黄土中分离的石英粒度可作为较好的冬季风强度指标外,在黄土全样粒度指标的选用上还存在着不确定性,现在常用到的就有“中值粒径”、“粗细颗粒比值”、“粗颗粒含量”等多种,究竟哪一个粒度指标可以作为较敏感的古气候变化代用指标是值得深入研究的.本文以倒数第2次间冰期(S2)以来洛川黄土堆积为例探讨这个问题.     

黄土石英E′中心光效应研究

在黄土石英的ESR断代方法中,原始积存剂量的确定是一个值得重视的问题。过去认为黄土石英经过风尘搬运并暴露在地表时,其缺陷中心的储能电子能够被阳光晒退,使沉积前所吸收的自然辐射剂量下降为零或至一个有限值。断代的时钟,即从这里拨动。测龄时,使石英样品经过阳光的充分“晒退”后,测得剩余ESR信号强度就为样品的原始积存剂量。这样就可以精确地测定风成黄土自沉积至今的年龄。     

最近130 ka以来黄土中Zr/Rb值变化及其对冬季风的指示意义

寻找一个不受风化成壤作用影响的冬季风代用指标，一直是黄土高原古季风研究的重点。将环县、西峰和洛川黄土样口分离成5个粒级，分别测量Zr和Rb含量，结果表明其含量在不同粒级中变化较大。Zr明显在粗粒级中富集，而Rb则在细粒级中的含量较高。Zr/Rb值随粒度变细急剧减小。环县和西峰剖面L1黄土亚层中Zr/Rb值与粉尘平均粒径明显正相产，Zr/Rb值可以反映原始粉尘粒度的大小。对比环县、西峰和洛川130ka以来的Zr/Rb值和粉尘平均粒径分布曲线，表明Zr/Rb值可以作为一个较好的冬季风替代性指标。Zr/Rb值指示了在氧同位素3阶段时，当时的冬季风强度较弱，其强度与氧同位素5阶段时相当。     

南方网纹红土多元成因的粒度证据

对宣城、九江、泰和和赣州网纹红土粒度特征的研究表明: (1) 宣城和九江两地的网纹红土, 粒度均匀而细小, 不含>2 mm的砾石; >63 μm细砂粒的平均含量分别为0.30%和1.14%; 而10~50 μm粒组明显富集, 平均分别为34.65%和37.20%. 剖面上部黄棕色土的粒度频率分布曲线与北方黄土和下蜀黄土很相近; 其余各层的频率分布曲线与前者也有明显的继承性. 剖面各层石英颗粒粒度频率分布曲线十分一致, 与北方黄土和下蜀黄土有很好的可比性. 这些特征均反映了两地网纹红土明显的风成特性. (2) 泰和、赣州网纹红土粗颗粒含量较高; 各粒级组分在层次间变化明显; 10~50 μm 粒组富集不明显. 红土原样和红土石英颗粒粒度频率分布曲线与北方黄土和下蜀黄土缺乏可比性, 表现出明显的冲、洪积相特征. (3) 网纹红土成因的多元性反映了南方第四纪环境的多样性和复杂性. 风成特性网纹红土的存在为南方第四纪冰期风尘堆积提供了实物证据. 对这类红土分布区域的进一步调查和研究, 有助于揭示南方第四纪冰期大规模风尘堆积的南界.     

我国东北地区黄土堆积的磁性地层年代与古气候变化

我国东北地区有较广泛的黄土分布, 是环境变化的重要地质记录. 长期以来, 由于缺乏可靠的年代学证据, 对这里黄土沉积及其记录的古气候变化了解不多. 在广泛野外踏勘的基础上, 对具有代表性的科尔沁沙地南缘牛样子沟和平安村黄土剖面进行了磁性地层与光释光年代等测试, 结果表明, 牛样子沟剖面的B/M 界限位于深度27 m 处, 平安村剖面处于布容正极性期. 基于光释光年龄和磁性地层年代计算的黄土沉积速率外推, 科尔沁沙地南缘的黄土堆积应早于1.0 Ma. 黄土是半干旱环境下的粉尘堆积, 指示东北地区的半干旱气候至少在早更新世晚期已经开始. 这里黄土开始堆积的年代对应于中更新世全球气候转型, 可能为全球气候变冷驱动了亚洲内陆干旱化和较快粉尘堆积的假说提供了证据.     

7.0 Ma以来中国北方风尘沉积的游离铁/全铁值变化及其古季风指示意义

对甘肃灵台的一套约７．０Ｍａ以来的风成沉积进行了游离铁／全铁值测量。结果表明：此指标在第四纪黄土沉积中,其变化同黄土－古土壤层的变化大致相关;第三纪红黏土堆积时,夏季风强度总体上要大于第四纪时期,约４．０～４．８Ｍａ期间为晚中新世以来东亚夏季风最为强盛的时期,这个气候事件的出现可能同全球冰量大小、全球温度背景的变化有着动力学上的联系。