黄土高原风尘堆积物源研究进展

黄土高原风尘堆积是开展古环境变化研究的重要沉积物,其源区的具体位置和变化程度对于揭示东亚大气环流演化具有关键意义,而且一直被学术界广泛关注,存在较大争议.前人通过地球化学(Sr-Nd-Pb同位素、元素地球化学、碎屑锆石UPb年龄)、矿物学(白云石、重矿物)、物理学(释光灵敏度、电子自旋共振信号和环境磁学)、气象观测与模拟、地貌学等方法对黄土高原风尘堆积及其潜在源区(北方荒漠和戈壁以及青藏高原东北部)开展了大量示踪研究.研究表明青藏高原东北部、阿拉善高原、塔里木盆地和蒙古戈壁可能是非常重要的源区.目前存在的问题:(1)源区的具体区位;(2)源区物质供给系统是否存在时空变化;(3)第四纪以来的黄土研究居多,而更老时间尺度上风尘堆积的物源研究较少.因此,今后开展更多粉尘物源示踪方法学的研究,并加强第四纪以前黄土高原风尘堆积的物源研究,是风尘堆积物源研究的重要内容.     

青藏高原东北部湟水流域新近纪风尘堆积源区分析

对青藏高原东北部湟水流域河流阶地上的中新世厚层风成堆积与黄土高原中部新近纪红黏土堆积的地球化学元素和磁性矿物特征进行了对比分析，结果表明，湟水流域中新世风尘堆积物与黄土高原风尘堆积物的源区存在差异。位于高原季风与东亚季风交汇区的湟水流域风尘堆积物可能有一部分来源于青藏高原中-西部干旱地区的风化细粒物质。因此，中中新世以来湟水流域风尘堆积物的存在可能表明了青藏高原中西部在那时已经较为干旱。     

黄土高原风尘沉积的物质来源研究:回顾与展望

黄土高原风尘沉积是青藏高原构造隆升和东亚季风系统共同影响下的产物。由于风尘物质的来源变化,不仅反映了亚洲内陆的干旱化过程,而且同过去大气环流格局变迁关系密切,因而,风尘物质来源的示踪一直是黄土研究的热点问题之一。文章首先回顾黄土来源的示踪方法、黄土物质的可能源区以及黄土物源在构造和轨道时间尺度上的变化特征3个方面取得的研究进展,然后探讨目前物源研究存在的问题及未来的研究展望。     

晚新生代黄土高原风尘堆积与粉尘源区干旱化问题

基于黄土高原风尘堆积的岩性和磁性地层研究 ,计算了晚新生代黄土高原风尘堆积速率变化 ,并与深海沉积记录的粉尘通量变化对比 ,初步探讨了海陆风尘沉积记录的晚新生代亚洲内陆粉尘源区的干旱化过程 ,揭示出自 4 5MaB P 以来粉尘源区干燥度的逐级增加 ,尤其是在 3 6 2 6MaB P 时段黄土高原风尘沉积速率和ODP885 / 886孔粉尘通量的显著增加 ,暗示可能由于青藏高原在此时段加速隆升所造成的亚洲内陆粉尘源区干燥度的急剧加强。     

赣北风沙-粉尘堆积体系元素地球化学变化特征及其对黄土物源示踪意义

粉尘的搬运与堆积过程,理论上是不同粒径的岩屑与矿屑颗粒被风力分选并依次沉降的过程,而元素在不同粒级的岩屑与矿屑的富集程度有所差异;因此,对岩屑与矿屑颗粒分选,在一定程度上是对地球化学元素的分选。因此,基于元素地球化学对黄土粉尘示踪研究中,单一节点或(和)剖面均不具有对粉尘源区的严格代表性,通过比较单一节点或剖面的元素地球化学而进行物源示踪的方法往往存在较大的不确定性。本文通过对中亚热带赣北鄱阳湖地区芙蓉-周溪一带的风沙-粉尘堆积体系常量和微量元素的多维度统计分析,发现地球化学元素及其元素对均存在系统性的分选与分异特点。稳定元素(如Al、Ti、Zr、Nb、Lu、Hf、Ta)及其元素对随距物源区的远近呈现线性、指数或对数等的单向变化特点,其变化幅度在沉积体系中可达31%~42%;在二维和三维散点图中其元素对的投影轨迹,是一个有方向的线状或者带状区域。这表明,风沙-粉尘堆积体系内元素地球化学从上风向到下风向是单调变化的,传统上基于元素地球化学的黄土粉尘物源示踪,通过判断投影区域的远近而进行示踪分析,在理论上有一定缺陷。初步建议,未来的元素地球化学示踪应避免单一剖面元素示踪的方法,而应根据粉尘堆积体系的分布情况系统采样,通过揭示粉尘堆积体系元素地球化学的系统特征来开展基于地球化学元素的黄土粉尘物源示踪研究。     

西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其对黄土高原黄土物源的指示意义

物源研究是理解黄土高原风成沉积物中古环境记录的关键一环.众多证据表明,黄土高原西北部的阿拉善高原及其周边广袤干旱地区是黄土高原黄土的主要风尘源区.但是,基于锆石U-Pb同位素地质年代学的证据对此提出了质疑.黄土高原黄土与青藏高原北部物质中的锆石具有相似的年龄分布,预示黄土高原风尘主要以西风搬运的方式来自青藏高原北部,特别是柴达木盆地.本研究通过分析西宁黄土的锆石年龄特征验证此假说.西宁处于在从青藏高原北部到黄土高原的假想搬运路线上.西宁黄土主要来自青藏高原北部的干旱区.西宁黄土中锆石的主要年龄分布与黄土高原黄土相似,反映青藏高原北部确实为黄土高原黄土的主要物质来源.但是,与黄土高原黄土相比,西宁黄土缺少年龄在360Ma左右和年龄小于100Ma的锆石.这两组年龄的锆石可能来自其他地区,例如处于中亚造山带.由于阿拉善于旱区也通过河流搬运接收来自青藏高原北部的物质,锆石U-Pb年龄证据并不能排除阿拉善干旱区作为主要风尘物源的可能.相反,阿拉善干旱区还接受来自其北部中亚造山带和其本身华北克拉通的物质,来自阿拉善干旱区的风尘可能更好地解释黄土高原黄土中的锆石年龄特征.     

中国东部的第四纪风尘堆积与季风变迁

历史时期的雨土及近代尘暴的研究证实,风尘堆积与冬半年强冷气流活动有关。中国东部第四纪风尘堆积(黄土和下蜀土)分布的时、空变化及其粒度的不断增粗表明,第四纪以来冬季风强度是不断增加的。季风强度的变化主要与青藏高原越来越快的整体隆升有关。青藏高原上升产生了高原季风,并对西风气流和蒙古冷高压发生影响,即从三方面对季风起到增强作用。另一方面是中新生代以来地球气候变冷,使中、高纬地带的海陆分布和地形对大气环流有更大的影响。     

8Ma以来黄土高原风尘堆积的物源变化与上地壳演化的关系

第三纪的红粘土和第四纪黄土同为风成沉积,二者是否有相同的物质来源?长尺度风尘的加积与上地壳演化之间有怎样的联系?二者均是非常重要的科学问题.由于Sr, Nd同位素可以有效示踪沉积岩的物质来源,我们近年研究了8Ma以来黄土高原泾川剖面红粘土-黄土序列《20靘的细粒硅酸盐组分的Sr, Nd同位素变化.结果表明:1)黄土高原的黄土与北太平洋中部的硅酸盐组分的Nd同位素组成非常接近,二者应在一定程度上具有相似的物质来源,即来自蒙古国南部及中国境内的戈壁、沙漠地区,所不同的是前者由近地面风搬运,而后者为远距离输送的风尘;2)Sr同位素在8.00～2.58Ma期间呈现略为增加的趋势,应当与红粘土的来源物质经受了较长时间的化学风化有关,而Sr同位素自2.58Ma以来的显著降低趋势与第四纪时期黄土-古土壤的物质来源和第三纪红粘土不同有关,新构造运动使更多相对年轻的造山带褶皱成山,第四纪冰期来临使更多高海拔的年轻造山带遭受剥蚀而成为黄土的来源物质,这是导致黄土、红粘土物源不同的重要原因.     

新近纪以来中国黄土高原的风尘记录

通过对黄土高原中部两个典型的风尘堆积序列的岩性和磁性地层研究 ,认为中国黄土高原风尘堆积的开始发育年龄至少约为 7.2 Ma B.P.。以红粘土和黄土—古土壤交互出现的风尘沉积 ,不仅真实地记录了东亚季风气候的形成演化 ,而且可能包含了青藏高原的阶段性隆升、北半球冰盖形成演化及大冰期发生等构造气候事件的印记。反映粉尘源区的干燥度及携带粉尘的大气环流强度的风尘沉积速率自 7.2 Ma B.P.开始、尤其是 4.5 Ma B.P.以来逐渐增大 ,似乎暗示了自新近纪以来亚洲内陆粉尘源区干旱化的逐级发展和东亚冬季风环流强度的逐渐增加     

第四纪黄土物源的时空差异研究现状及展望

黄土物源研究对揭示第四纪以来东亚大气环流格局的演化和构造—气候之间的相互作用具有重要意义。目前已应用多种物源示踪方法对黄土物源开展了大量研究,但对黄土物源时空差异规律及其动力学机制尚未取得较为一致的认识。在综合分析黄土物源研究现状的基础上,重点从影响~(87)Sr/~(86)Sr值和~(143)Nd/~(144)Nd值组成及单颗粒碎屑锆石U-Pb年龄谱构成的因素角度,分析了第四纪黄土的物源及可能变化,获得以下认识:(1)第四纪黄土沉积物的~(87)Sr/~(86)Sr值变化幅度可达0.002 580～0.004 949,远远超出实验室分析测试误差(0.000 018)或由Sr同位素衰变带来的影响(2.6 Ma时段小于0.000 026,1个冰期旋回小于0.000 001);~(143)Nd/~(144)Nd值亦发生了较显著变化(0.000 095～0.000 240),其变化幅度远大于实验室的分析测试误差(0.000 010)及衰变导致的~(143)Nd/~(144)Nd值(0.000 013)变化。因此,在黄土中检测到的Sr-Nd同位素组成的变化应具有较明确的地质意义。(2)第四纪黄土沉积物中无论全岩还是主要粒径组分的~(87)Sr/~(86)Sr值和~(143)Nd/~(144)Nd值的变化都与气候代用指标变化不同步,难以从气候变化角度进行解释,可能更多地反映了源区的变化。(3)与Sr-Nd同位素示踪体系相比,单矿物或单颗粒的物源示踪体系对物源区变化的响应更为敏感,在追踪第四纪黄土沉积物源区时空差异方面具有较明显的优势。(4)基于碎屑锆石U-Pb年龄谱对黄土物源的有限研究揭示黄土高原的黄土在地质历史时期可能发生了原始物源区显著的时空分异,特别是不同剖面都反映出了1.2 Ma前后黄土主要源区的变化,表明通过锆石U-Pb年龄谱研究黄土物源时空差异规律具有揭示岩石圈、大气圈、水圈耦合作用过程及历史的巨大潜力。     

青海湖地区晚第四纪黄土的物质来源

青海湖地区的晚第四纪黄土记录了湖区晚第四纪以来的环境和气候变化.迄今为止,对于青海湖地区晚第四纪黄土物质来源的研究较薄弱.以青海湖东岸的种羊场晚第四纪风成沉积剖面为主要研究对象,在青海湖区及其周边采集了黄土、风成砂、湖相沉积、河流沉积等样品,结合黄土高原西部临洮黄土样品,对它们的元素组成(＜75 μm的硅酸盐组分)进行了对比研究.初步结果表明:(1) K₂O/Al₂O₃(摩尔比)和Zr/Ti、Zr/Nb比值显示青海湖地区的风成沉积显著区别于本区的河流沉积和湖相沉积;(2) 青海湖地区的晚第四纪黄土与黄土高原西部临洮黄土的K₂O/Al₂O₃和Zr/Ti、Zr/Nb比值相一致;(3) 青海湖地区的晚第四纪黄土可能来自柴达木盆地.      

Intensification of the East Asian Monsoon in Southern China at about 300–400 kaBP Inferred from Eolian Deposits in the Middle-lower Reaches of the Yangtze River

In the East Asian monsoon region,eolian deposits widely distributed in the middle-lower reaches of the Yantgze River are among the best materials available for studies on Quaternary climate change in the subtropical zone of Southern China.Typical eolian deposits in this region include upper Xiashu Loess(XL) and underlying Vermiculated Red Soil(VRS) layers.In this paper,chronological and paleoclimatic studies are conducted on an eolian deposit sequence near Jiujiang(JJ) city in northern Jiangxi province.A magnetostratigraphic study,combined with optically stimulated luminescence(OSL) dating,is conducted on the JJ section and provides further evidence that eolian deposits in the middle-lower reaches of the Yangtze River have been formed since the late Early Pleistocene,and that the boundary age between the XL and VRS layers is about 300-400 kaBP.In grain-size records of the JJ section,the median grain-size and content of the 30 μm size fraction increase sharply after 300-400 kaBP,representing an East Asian winter monsoon intensification event.Further pollen analysis reveals differing pollen assemblages before and after 300-400 kaBP:there is an evident increase in plants adapted to grow in a warm humid environment after 300-400 kaBP,implying an increase in precipitation caused by intensification of the East Asian summer monsoon.Global ice volume and uplift of the Tibet Plateau(TP) are regarded as crucial factors influencing variations of the East Asian monsoon on a long-term scale.The deep-sea δ~(18)O record,which reflects variations in global ice volume,shows no obvious change after 300-400 kaBP.Moreover,the influence of global ice volume changes on the East Asian summer and winter monsoons is inverse;the global ice volume increase(decrease) implies a strengthened(weakened) winter monsoon and weakened(strengthened) summer monsoon.We therefore interpret the coupled intensifications of the East Asian summer and winter monsoons at about 300-400 kaBP to the uplift of the TP in the Middle Pleistocene.This climate event is also documented in eolian deposits from the southern margin of the Chinese Loess Plateau(CLP) and from the desert-loess transitional belt.However,it is not recorded in the loess-paleosol sequences from the central part of the CLP,thereby indicating differing climate responses to TP uplift in different regions,which requires further study.     

青海共和盆地早全新世古风向重建及其对黄土物源的指示

青藏高原东北部地处黄土与沙漠的过渡地区,在冰期-间冰期旋回中受中纬西风与东亚季风环流的交替控制,曾发生大范围的沙漠进退,是黄土高原重要的潜在物源区。恢复该区地质历史时期的大气环流格局可为重建东亚地区的环境面貌、探讨黄土高原的物源区、检验东亚地区古气候模拟结果的有效性等方面提供重要依据。但目前对高原东北部的古大气环流特征却鲜有研究。青藏高原东北部保存有一系列的古沙丘,可为古大气环流的重建提供直接依据。本文选取青海共和盆地一处代表性新月形古沙丘开展光释光测年研究,并通过其平面形态和前积层产状恢复了当时的古风向。结果表明:共和盆地的风沙活动自早全新世以来开始显著减弱,此时近地面盛行与现今风向一致的西北风。前人的研究揭示出青藏高原东北部在冰期时很可能盛行西风,并存在广泛的荒漠化,因而很可能是黄土高原冰期时重要的物源区之一。而本研究指示,该区的盛行风向在早全新世以来转变为西北风,且荒漠范围显著退缩,导致其全新世不再是黄土高原的物源区。青藏高原东北部的盛行风向和荒漠范围在冰期-间冰期旋回中的这种变化,为理解黄土高原的粉尘物源在空间和冰期-间冰期旋回上的变化提供了依据。     

黄土高原东部(山西阳曲)1.2Ma以来黄土记录的两次显著干旱化事件

重建第四纪时期亚洲内陆干旱过程和沙漠的扩张历史对于我们了解东亚冬季风演变具有重要意义.然而目前对于黄土高原的干旱过程的研究主要聚焦于吕梁山以西的黄土地区,对于其东部还缺乏相应研究.为此,我们对吕梁山东部约1.2 Ma以来的阳曲黄土剖面进行了磁化率和元素含量测试,结果显示阳曲地区在1.2 Ma以来经历了两次明显的干旱事件.第一次干旱化事件发生在0.94 Ma,表现为Si、Fe百分含量和Rb/Sr比值显著减小而Ca含量明显增加,这次事件可能主要与大气CO₂浓度下降导致全球冰量增加,特别是北半球冰盖扩张相关.第二次事件发生在0.31 Ma左右,Rb/Sr比值显著下降,Ca含量显著增高,这次事件可能是由于忻定古湖裂解引起区域干旱增强所致.      

Geochemical Characteristics of Eolian Deposits on the Eastern Margin of the Tibetan Plateau and Implications for Provenance

Eolian dust deposition is intimately related to atmospheric circulation and environmental setting of the source region, and therefore is an invaluable tool for studying the evolutionary history of atmospheric circulation patterns and paleoclimatic change. Identifying the provenance of any eolian deposit is crucial not only for reconstructing the paleoenvironmental history of the dust source region, but also for understanding the paleoclimatic significance of various indices. Loess and paleosol samples from the Garze region on the eastern margin of the Tibetan Plateau(TP) were analyzed for their elemental(major and trace elements) and isotopic(Sm-Nd) geochemistry and compared with those of Northern Chinese(NC) loess formed at the same age. The results show that the geochemical compositions of the Garze loess and paleosol samples are similar to those eolian deposits on the Chinese Loess Plateau(CLP), and also resemble the average UCC. This indicates that the eolian deposits on the eastern margin of the TP were derived from well-mixed sedimentary protoliths that had undergone numerous upper crustal recycling processes, just as with the CLP loess deposits. However, compared with NC loess, the Garze samples have higher ∑REE, Li, Rb, Zr, Cs, Hf and Bi concentrations, higher TiO2/Al2O3, Hf/Nb, La/Nb, Th/Nb and lower K2O/TiO2, Zr/Hf, Ba/Rb ratios. From the Sm-Nd isotopic geochemistry, εNd(0) and 147Sm/144Nd values of Garze loess and paleosol samples are clearly lower than the NC loess. The higher Bi, Zr and Hf concentrations are relevant to the widely distributed acid-magmatic rocks in this region, whereas the higher contents of Li, Cs, Rb are attributed to the high background values of the TP. The geochemical characteristics of the Garze loess and paleosol samples further prove that the local glacial and other Quaternary detrital sediments are predominantly the contributors for the eolian deposits on the eastern margin of the TP. Stable element concentrations and their ratios in the Garze loess and paleosol samples formed at different times have relatively greater variation ranges in comparison with the NC loess, indicating that the source regions for eolian deposits have been unstable since the late Early Pleistocene. We attribute the instability of dust sources to variable earth surface conditions and the changeable TP winter monsoon in direction and intensity, which are in turn related to the uplift of the TP.     

Geochemical and isotopic studies of aeolian sediments in China

The Sr and Nd isotopic, rare earth element (REE) and major element compositions, together with mineral and grain‐size proportions, are reported for aeolian loess deposits and desert sands from several Chinese localities. The study was carried out in order to examine regional variations in the isotopic and geochemical features of these aeolian sediments, and to constrain the provenance of Chinese loess. Samples include loesses from the Tarim and Junggar basins and desert sands from the Taklimakan desert in north‐west China, loess from the Ordos area and desert sands from the Tengger and Mu‐us deserts in north‐central China, as well as loess and desert sands from the Naiman area, north‐east China. REE distributions show minimal variation among the Chinese loess deposits, whereas those for the desert sands show regional variations. New isotopic data document a latitudinal variation in Sr and Nd isotopic features for the loesses and desert sands. The Naiman and Junggar loesses have distinctly lower ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios and higher ε_Nd(0) values than the loesses from the Tarim Basin, the Ordos area and the Loess Plateau. Among the desert sands, the Naiman samples have higher ε_Nd(0) values than the Taklimakan, Tengger and Mu‐us samples. Isotopic data suggest that loesses of the Loess Plateau were supplied from the Tarim Basin loesses and Taklimakan Desert sand, and that the Naiman loesses were supplied from the Junggar Basin loesses. The latitudinal variation in the loesses and desert sands may be partly explained by isotopic variations reported previously for moraines from the Tianshan and west Kunlun Mountains, which are possible sources for the loesses and desert sands. These inferences on the provenance of the loesses and desert sands are consistent with the dust transport pattern over East Asia.     

晚中新世以来亚洲季风阶段性演化的海陆记录

本文在综合对比晚新生代以来中国黄土高原黄土一红粘土沉积、西北太平洋粉尘沉积、南海有孔虫、阿拉伯海有孔虫记录的基础上,探讨了大约8Ma以来亚洲季风的阶段性演化历史。结果发现,黄土高原粉尘沉积在8Ma前后大规模出现,在3．5Ma前后大幅增加;印度季风在8Ma前后形成(或显著加强);南海ODP1146站位浮游有孔虫Neoglcboquadrina丰度也有两次明显增加,表明海水表面温度不断降低和海洋生产力的增加,指示东亚冬季风作用增强。北太平洋()DP885／886钻孔风成粉尘通量也有增加,指示亚洲内陆进一步的干旱化和冬季风作用的增强。印度洋沉积通量在11Ma前后开始增加。在9～8Ma时出现峰值,表明喜马拉雅山和青藏高原南部逐渐隆起。当隆起达到足够高度时,导致亚洲内陆干旱气候带扩大,同时提供大量粉尘并向东传输到中国北方和北太平洋地区。青藏高原北缘山前盆地的沉积记录显示,在3．6Ma时,高原北部的进一步快速隆升过程可能影响到整个高原,从而导致亚洲内陆更加干旱化,东亚季风增强,粉尘沉积加快,南海及印度洋陆源沉积作用加剧。