柴达木盆地大气降尘可溶盐物源探讨及其资源与环境影响

位于干旱和半干旱地区的湖泊,在气候变化和人为干扰作用下大片干涸湖床暴露出来成为重要的粉尘源区,引发了一系列的生态环境和健康问题,引起了广泛的关注.青藏高原在全球气候和生态环境变化中具有重要作用,柴达木盆地是青藏高原重要组成部分,盆地内气候干旱,多风少雨,盐湖众多,盐渍化和盐漠化表土极为发育,是青藏高原沙尘暴频发地区之一.同时柴达木盆地沙尘气溶胶中可溶盐含量较高,这些高含盐粉尘不仅会造成盆地表土盐渍化范围扩大,而且还会通过影响盆地上空云的形成进而对气候产生重要作用.进一步,这些细颗粒粉尘在进行远距离输送的过程中,还可能会影响到青藏高原乃至全球的气候及生态环境变化.为此,本研究拟对柴达木盆地南部大气降尘中可溶盐组分及时空分布规律开展研究,以期理解含盐降尘对区域盐类资源的富集与生态环境的影响.在柴达木盆地南部大致沿着主导风向自西向东共安置8个集尘装置,并对收集的降尘中盐类矿物和化学成分开展分析,同时结合盆地不同表土类型的可溶盐组成、空间分布特征及格尔木市、都兰县后向轨迹分析开展进一步讨论.研究结果表明,降尘中主要的可溶盐成分(Na+、Cl-、Ca2+、SO42-、Mg2+、K+、NO3-、Li+、B3+(B2 O3)、Sr2+等)含量介于2.27％～20.92％之间,其中,Na+、Cl-、Ca2+、SO42-这四种离子占全部水溶性离子的74％～95％,主要以石盐和石膏的形式存在.在空间分布上,可溶性矿物和水溶性离子含量均表现为:在河西八连和巴隆乡含量较高,在诺木洪含量达到最低值.2020年1～4月,盆地主要受偏西气流的影响,并且大部分气流经过位于中东部的一里坪、台吉乃尔湖区和盆地南缘昆仑山北麓.对比研究区表土和降尘化学组分得到,盆地南部降尘中的水溶性离子主要来源于自然表土,Mg2+、K+、Li+、B3+(B2 O3)这些离子在个别采样点明显富集,除了受到附近高含盐表土的影响外,盐湖区也会对其产生一定的贡献;而NO3-主要受人为污染源的影响.综合分析认为,在潜在物源、风动力条件和地形地貌等因素的影响下,分布在盆地内的沙漠和盐化草原释放的盐尘仅对局部范围造成影响,并且沙漠对盐尘的贡献相对微弱,而盆地中东部广泛分布的雅丹、盐滩释放的盐尘影响范围较大.此外,本研究还对盐沉积通量、钾盐沉积通量进行了粗略的评估,得到每年降尘至少贡献各类可溶盐组分约为28108多t,钾离子703多t.因此,初步认为大气降尘可作为盐湖成盐物质的补给源之一,具有明显的资源与环境效应.     

哈尔滨尘暴天气沉降物的物质组成及其对物源的限制

本文对哈尔滨尘暴事件（2011年5月11日）的干沉降和湿沉降粉尘进行了粒度、REE和Sr-Nd同位素组成分析。同时,为了限制尘暴粉尘的源区,还对东北沙地（科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地）进行了表土采样。结果显示,干沉降粉尘呈双峰态粒度分布,众数值分别为3.6 μm和28 μm,而湿沉降呈单峰态粒度分布,众数值为6 μm。哈尔滨尘暴事件粉尘的粒度分布模式可与黄土高原黄土、红黏土及世界上其他地区的长距离搬运粉尘相对比。这些尘暴粉尘来自遥远的源区。干沉降和湿沉降粉尘表现出相同的REE模式和Sr-Nd同位素组成,它们来自科尔沁沙地和浑善达克沙地。现代尘暴事件的干沉降与湿沉降粉尘相同的物质来源暗示了黄土高原黄土的细颗粒和粗颗粒组分有相同的风尘源区。     

东北平原西部的碱性尘暴

每年冬春季节在东北平原的西部常有碱性尘暴发生。碱性尘暴是指地表碱性物质被风吹扬、在空中悬移造成的能见度低于 1 0 0 0m的灾害性天气现象。碱性尘暴以碱性物质为主 ,并伴有一定的沙尘和盐尘物质 ,是一种特殊类型的尘暴。碱性尘暴发生时 ,白色的盐碱物质大面积地弥漫在空中随风迁移 ,所到之处均披覆了一层白色的碱尘物质 ,当地群众称这种碱性尘暴为“刮白烟”。早在 2 0世纪 70年代美国西部的Owen和Mono湖盆区就有关于碱性尘暴现象和其对人体健康影响的报道。碱性尘暴不仅造成土地沙化 ,而且大量的碱性物质沉降在土壤表面造成了土地碱…     

新疆艾比湖地区盐尘的沉积通量及其物质组成

以新疆准噶尔盆地西部的艾比湖地区为研究区,通过野外降尘监测、采样分析等方法,研究了艾比湖地区含盐粉尘的沉积通量和物质组成特征.结果表明:艾比湖干涸湖底是盐尘的输出源,盐尘的化学组成主要是无水芒硝、白钠镁矾、氯化钠等盐碱粉尘及Cr、Pb、Mn、Cu、Ni等潜在毒性元素.艾比湖地区盐尘的沉积通量约为79~381 g·m-2·a-1,盐的沉积通量约为4~61 g·m-2·a-1.盐尘的粒径分布以2~63μm的粉砂粒级为主,大于63μm的砂粒级所占比例很小.特殊的地形条件、大风天气、稀疏的植被覆盖、疏松的大面积尘源是艾比湖湖底风蚀和盐尘输送的有利条件.     

京津地区“沙尘暴”的性质和治理——以北京2006年4月16日的尘暴为例

依据粒度分析、电镜扫描、能谱分析、常温水溶盐检测、宏观表象特征研究和实地调查，证实北京2006年4月16日的所谓“沙尘暴”是尘暴，干涸盐湖是京津尘暴的重要源区。因此，要治理京津地区的尘暴，就必须修复干涸盐湖区的生态环境，而不能像过去那样去治理沙漠。要修复干涸盐湖区的生态环境，一定要用现代生态环境地质学的理论和方法去研究干涸盐湖区在地质历史时期植被演化的趋势，筛选出最适合当地生态环境的土著先锋植物种群，并用土著先锋植物种群对尘源区进行“地毯式”的覆盖，而不能用种树去阻挡它，因为再高的树林也挡不了从2000-3000m以上高空飘来的浮尘。     

北京2002年3月20～21日尘暴过程的降尘量与降尘粒度特征

本文对2002年3月20～21日发生在北京地区的一次尘暴过程进行了降尘量和降尘粒度的研究。通过对分时段监测取得的13组降尘样品进行降尘量和粒度测定,结合风速变化情况,可将本次尘暴分为尘暴前期和尘暴后期两个过程。降尘量和粒度参数值在尘暴前期和后期都呈现不同特征。结论认为,风速是降尘量变化的重要因素。当风速进一步增大时,降尘量反而有所下降。说明北京地区尘暴降尘量除受本地风速影响外,还与粉尘浓度等特征有关。尘暴降尘的粒度基本呈双峰态分布。本次尘暴初始降尘主要为细粒径颗粒,尘暴前期降尘粒径随风速而变化,尘暴后期降尘粒径基本维持在5～6之间     

亚洲粉尘的源区分布、释放、输送、沉降与黄土堆积

根据亚洲粉尘关键区域(中国沙漠、黄土高原、青藏高原和中国历史降尘区)大气气溶胶中15～28种元素的浓度-粒度分布、沉降速率和通量分析,以及元素示踪系统的进一步解析,发现中国北方沙漠存在两个粉尘地-气交换较活跃区域,即中国西部沙漠和北部沙漠高粉尘区,且证明这两个区域及其邻区是亚洲粉尘和黄土高原黄土主要源区的中心区域;通过对5个亚太区域粉尘沉降量的模式估算,得出亚洲粉尘释放总量每年约为800Tg,约相当于全球沙漠排放总量的一半;粉尘与黄土的对比表明,亚洲粉尘区域尺度输送受季风环流控制,但间冰期时并不取决于尘暴过程,而全球尺度输送主要由高空西风完成,无论冰期、间冰期均受尘暴过程控制;粉尘通量的结果表明干沉降是粉尘在黄土区沉降的主要过程,且晚第四纪粉尘沉积的再改造份额不超过其沉积总量的10%;元素示踪系统应用于风成黄土,发现在间冰期北部沙漠源区输出的粉尘量增加,而在冰期西部源区输出的粉尘量增加.这种晚第四纪亚洲粉尘“源区摆动”的快速变化其实是全球千年尺度气候变化的一环,并可视为过去北半球大气环流长期变化的代用序列.     

2006年4月17日北京降尘的粒度分布与磁学特征

对2006年4月17日北京降尘的粒度和磁学性质进行深入分析,提出降尘磁化率相对黄土样品较高是现代降尘磁化率的特点,源区表土磁化率普遍较高是本次降尘磁化率值高的主要原因,污染产生的磁性物质对其也有一定的影响。同时通过对比几次降尘的粒度特征和传输方式提出粒度可以有效地指示源区的变化。结合降尘的粒度、磁化率分析与沙尘暴的监测信息和卫星云图,认为此次降尘粒度为0.8～20.0μm的组分可能是来自内蒙古西部的物质;20～70μm与>70μm的组分可能是来自距离北京较近的河北北部和内蒙古中部发生强烈沙尘暴的地区。     

不同粒级组分碳酸盐与碳同位素分布特征及其对风尘物源的指示意义

在科尔沁沙地采集沙地表土样品16组,松嫩平原杜蒙沙地样品15组,同期还收集了城市道路表土样品10组,对各组样品进行粒度分级(全样、＞ 63 μm、63 ～ 30 μm、30 ～ 11 μm和＜11 μm),分别测定碳酸盐含量和碳同位素组成.结果显示,不同区域不同性质样品各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度不同,科尔沁沙地最小(0.8％),其次为杜蒙沙地(1.9％),道路表土最大(2.7％).大部分杜蒙沙地样品(66.7％)和小部分科尔沁沙地样品(37.5％)以及全部道路表土样品的碳酸盐含量随粒度变细而增大,且变化模式各不相同.碳酸盐含量随粒度变细而增高是非匀速的,先是增幅较大(＞ 63 μm-→63 ～ 30μm→30～ 11 μm),后增幅较小(30～11μm→＜11μm).沙地样品碳酸盐含量与粒度的关系并不限于随粒度变细而增大这一种,风成砂和经历过强烈成壤作用改造的沙地样品中的碳酸盐含量与粒度的关系皆表现为随粒度变细而减小,沉积物中碳酸盐含量随粒径变细而增高是否是一种普遍规律还需要更多区域的更多样品来检验.大部分沙地样品和道路表土样品不同粒级组分的碳酸盐δ13C值变化范围较小(＜1.8‰),并表现出随粒度变细而趋于偏正的特征,但变化幅度很小.杜蒙沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量的地区差异性极不明显,且各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度大大超过了杜蒙沙地与科尔沁沙地的碳酸盐差异值,不能作为区分杜蒙沙地和科尔沁沙地风尘源区的示踪指标;而科尔沁沙地和杜蒙沙地碳酸盐δ13C组成存在明显差异(在63 ～ 30 μm粒级组分表现最为明显),且不同粒级组分碳酸盐δ13C值差别较小,说明它是一个比碳酸盐含量更好的风尘源区示踪指标,但是不同粒级组分碳酸盐δ13C组成的差异会随离中国西部沙漠沙地风尘源区距离的加大或者风尘物质成壤作用的增强而变大,增加其风尘源区示踪的复杂性.     

兰州地区冬季非尘暴降尘通量初步观测

现代黄土高原上冬季非尘暴条件下的大气粉尘,主要由来自黄土物源区的远源粉尘和黄土高原本身的近源粉尘共同组成。它们各自的贡献如何,以往的研究均未做过明确的讨论。由于前者的浓度及其相应的降尘通量在较小空间内的分布是比较均匀的,而后者则往往存在显著的差异性,因此可以通过对某个小区域内不同地点降尘通量的比较和分析来推断其贡献的大小。若各点的通量均很接近,则当地的大气粉尘应以远源输入为主,而来源于本地的近源粉尘贡献很小,或者近源的大气粉尘在空间上的分布也是很均匀的;若各点的通量相差悬殊,则表明本地来源的粉尘对总降尘通量具有显著的影响,并且,由各观测点中的最小降尘通量还可以近似了解远源.     

柴达木盆地中东部表土盐类矿物分布特征及其与盐尘暴物源联系

柴达木盆地盐湖众多,表土盐渍化和盐漠化极为发育,含盐表土经风吹蚀后产生的大量盐尘将危害盆地生态环境和人类健康.笔者在柴达木盆地中东部系统采集129个不同类型的表土样品,对其中盐类矿物成分及分布特征进行了分析.分析结果表明,表土中的主要盐类矿物是石盐、石膏以及少量的无水芒硝;盆地中东部含盐量高值区集中分布在尕斯库勒湖以东...     

阿拉善高原干涸湖床沉积物与华北地区沙尘暴

文章通过内蒙古阿拉善高原古居延泽干涸湖床沉积物、周缘活动沙丘、沙质草原地表土壤及古代弃荒土地的粒度组成分析,论述干涸湖床沉积物对沙尘天气的影响。古居延泽湖床沉积粒度分析结果表明,干涸湖床的地表湖相沉积物粒径小于10μm的颗粒占64%以上,可以在一般风暴条件下在大气中搬运几千公里,这意味着西北地区干涸湖床产生的粉尘在风暴作用下可以横扫整个东亚北部地区。中国西北地区冬、春季多西北风造成沙尘暴或扬沙天气,西部沙漠、沙地或沙质草场遭遇强风时沙尘被席卷进气流,但其中粗砂粒扬起的高度、搬运的距离有限,当风力稍稍减弱,粗颗粒砂粒沉降,而粉尘继续悬浮运移。当强风途径下一个沙区时新的沙尘加入,沙尘暴呈“接力方式”继续向东南部移动。     

艾比湖盐尘对周边地区土壤盐分及景观变化的影响

通过对准噶尔盆地西部艾比湖地区盐尘的扩散和堆积进行观测和取样分析,鉴别出粉尘中可溶盐的化学成分、pH和盐尘堆积强度,分析研究了盐尘的形成、分布特征和灾害强度以及盐尘暴与温度、降水、风等气候因子之间的相关关系.结果表明:近50 a来艾比湖的沉积环境总体是比较稳定的,但由于气候波动与人类活动引起艾比湖水位、水域面积曾发生较明显的变化,并产生了盐尘暴的发生、湖泊和土壤盐度以及湖周景观的变化.根据艾比湖周边盐漠区盐尘的时空分布规律、活动特点和危害强度分析,盐尘对准噶尔盆地西部土壤盐分及景观变化的影响强度范围和影响程度划分为3级区.     

Adsorption of copper(II) from aqueous solution by Beidellite

Dry lakes, degraded sandy grasslands, abandoned farmland and mobile dunes which are widely distributed throughout the arid areas of northern China have been investigated in this work. Gain-size distribution of the surface sediments of Manas lake in Junggar basin, Juyan lake in the Alxa plateau, Zhuye lake in Minqin basin and most deserts (such as Mu Us desert, Otindag desert, Horqin desert and Hulun Buir desert) in China have been analyzed. The results show clay with particle sized <10 μm on the surface sediments of dry lakebed and sandy grassland developed from dry lakebed, respectively, account for >60% and ∼50% of the total mass. Since the tiny particles on the surface of abandoned farmland are blown away easily and rapidly, the content of clay particles in Minqin basin is <14%. The grain-size distribution of mobile dunes in northern China mainly consists of particles >63 μm and few particles <10 μm. Consequently, although sand/dust storms originate primarily in the western deserts, the gobi areas of the Alxa plateau, the north and east of Hexi Corridor and in central Mongolia, the widely distributed dry lakebeds, sandy grasslands and abandoned farmland adjacent to the deserts also contribute to aeolian dusts. Hence, the material sources for sand dust storm in East Asia include inland deserts, but also dry lakes, sandy grasslands and abandoned farmland, which are widely distributed throughout the arid inlands of northern China.     

Æolian dust deposition rates, particle-sizes and contributions to soils along a transect in semi-arid New South Wales, Australia

The entrainment, transport and deposition of æolian dust are important processes affecting soil development at the margins of deserts. To assess accurately the impact of deposited æolian dust on soil development, it is important not only to measure total dust deposition rates, but to distinguish additions of remotely and regionally sourced dust from locally derived material as well (which should not be viewed as new soil material as it is derived from æolian re‐mobilization of an existing soil). Because of the well‐established relationship between dust particle‐size and distance travelled from source, the particle‐size distribution of deposited dusts can be used to identify the distance to probable source regions, in addition to identifying matching topsoil particle populations. Three dust traps were located along a transect of semi‐arid south‐eastern Australia, to measure æolian dust deposition rates between late 2000 and late 2001. The particle‐size distributions of selected dust deposits were measured and, with the aid of meteorological data, probable dust source regions determined. Particle‐size distributions of the topsoils at each dust trap location were also measured to determine if any dust and soil particle populations matched. Although the sampling period was relatively short, and there was relatively little dust storm activity in this part of Australia during this time, a clear pattern of diminishing total dust deposition was measured downwind along the south‐east dust path. Dust deposition rates were also moderate to low by global standards. Source regions of deposited dust were interpreted as being: (i) a combination of south‐western and local sources; (ii) a combination of north‐western and local sources; and (iii) a mixed source where dust was rained‐out. The relative importance of these sources was correlated strongly with seasonal weather conditions, although the proportion of local dust in each deposit was greater at the arid (western) end of the transect. The effects of deposited dust on soil profile development are greatest at the western and central transect locations. At the western location, a fine‐grained particle population distinctive of the south‐western and north‐western regional dusts and a coarse silt‐sized particle population characteristic of local dusts, are also present in the topsoil, altering the texture of this Arenosol derived from dune sand. At the central location, where a Calcisol has formed in lacustrine lunette sediment, local dust of the same size as the dominant silt population of the topsoil continues to be deposited, while minor topsoil populations of very fine‐grained silt match regional and long‐distance dusts deposited at the site. Deposited dust appears to have been a less important soil development factor at the more humid eastern site because of the much smaller rates of dust deposition there. Nevertheless, a minor population of very fine silt particles in the Vertisol topsoil matches long‐distance dusts deposited at the site, suggesting a small input of dust to this alluvial soil. The particle‐size methodology used here has applications in other studies of dust contributions to peri‐desert soils. In particular, particle‐size distribution ‘smoothness’ may provide an indication of whether soils have simple or complex origins.     

内蒙古中西部地区土壤水分对沙尘暴的贡献

以2001年4月至2002年 6月内蒙中部地区逐时观测的土壤水分资料为基础，论证了该区日土壤水分和日平均风速的变化规律，统计分析了日平均风速与土壤水分对沙尘暴的成生综合贡献。得出的主要结论是：①该地区沙尘暴发生时日平均风速的最小值是 3．5 m／s。如果日平均风速大于 8．0 m／s，预示着有沙尘暴的发生。②在平均风速大于 3．5 m／s的条件下，观测样本中 18．4％日数发生沙尘暴，而81．6％日数没有发生。说明大风的天气条件不应当被视其为沙尘暴的唯一重要的因子。③在同一地点、同样的风力条件下，在沙尘暴发生时，日平均风速与日平均土壤水分呈明显的反相关变化；而它们的反相关关系不明显时，沙尘暴就很少发生。     

内蒙古中西部地区土壤水分对沙尘暴的贡献

以2001年4月至2002年6月内蒙中部地区逐时观测的土壤水分资料为基础，论证了该区日土壤水分和日平均风速的变化规律，统计分析了日平均风速与土壤水分对沙尘暴的成生综合贡献。得出的主要结论是：①该地区沙尘暴发生时日平均风速的最小值是3．5m／s。如果日平均风速大于8．0m／s，预示着有沙尘暴的发生。②在平均风速大于3.5m／s的条件下，观测样本中18．4％日数发生沙尘暴，而81．6％日数没有发生。说明大风的天气条件不应当被视其为沙尘暴的唯一重要的因子。③在同一地点、同样的风力条件下，在沙尘暴发生时，日平均风速与日平均土壤水分呈明显的反相关变化；而它们的反相关关系不明显时，沙尘暴就很少发生。     

中国黄土的物质来源及其粉尘的产生机制与搬运过程

长期以来,黄土高原的物质来源被笼统认为来自包括西北三大内陆盆地(准噶尔、塔里木、柴达木)在内的广阔的沙漠、戈壁地区,而且中国黄土被看作“沙漠”黄土的典型代表。但我们最新的研究揭示出,源自准噶尔和柴达木盆地的粉尘主要由低空气流搬运,受下风方向的山脉阻挡,就近堆积成山麓黄土。源自塔里木盆地的粉尘如果被近地面风搬运,则不可能移出盆地,而是堆积在昆仑山北麓,但如果被飙升到高空,则被西风急流携带,移出盆地而降落在北太平洋地区,无论哪种情况,该盆地的粉尘都不可能对黄土高原有重要贡献。因此,西北三大内陆盆地并非黄土高原的重要物源,而蒙古国南部及与之相邻的包括巴旦吉林、腾格里、乌兰布和、库布其、毛乌素等在内的戈壁、沙漠地区才是黄土高原的主要物质来源区,且主要由近地面风(基本在3000m以下)从上述戈壁、沙漠地区搬运而来。中国黄土并不能简单看作“沙漠”黄土,包括冰川研磨作用、山体剥蚀作用、山前冲洪积作用等在内的“高山过程”,才是产生大量粉土级物质的原因,戈壁、沙漠、黄土的带状分布,只不过是近地面风对山前冲、洪积物质的风力分异而已。