哈尔滨沙尘暴的化学特征及其物质源探讨

对哈尔滨2002年3月20日的沙尘沉降物进行了收集。地球化学元素分析表明,哈尔滨沙尘暴沉降物化学成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,三者之和达77.8%,比兰州沙尘暴沉积物高8.72%,比兰州黄土高7.06%。V、Rb、Nb、Ba等微量元素含量要明显高于兰州沙尘,而Ni、Cu、Pb、Zn、As、Sr则低于兰州沙尘。Ca、Na、Sr元素的富集因子明显小于1,为亏损元素;Mg、K、Si、Fe、Mn、P、Ti、Co、Ni、V等元素的富集因子都在1左右,主要是地壳来源,来源于地表土的风力起尘。Cu、Pb、Zn、Cr、Se等元素有一部分来自于地壳源之外的其他污染源;As、Cd和Sb元素的富集因子大于10,为大气污染来源。沙尘的化学组成及富集因子、判别函数、物源指数、地表土的粘粒率、化学风化指标等分析表明,西北黄土的元素组成非常接近兰州沙尘,而明显不同于哈尔滨沙尘,哈尔滨沙尘源区不同于西北黄土及兰州沙尘,其气候生物状况和化学风化程度要明显好于或高于西北沙尘源区。     

哈尔滨沙尘沉降物的化学风化特征及物源区意义

对哈尔滨2006年3月10日沙尘沉降物的化学组成及化学风化特征进行研究,结果表明:SiO2、Al2O3和TFe2O3含量分别为54.87%、13.27%和5.63%,三者之和达73.77%;CaO、MgO、K20、Na2O、TiO2、P2O5和MnO含量分别为3.78%、2.57%、2.63%、1.76%、O.77%、0.24%和O.11%.沉降物中的常量元素多表现为迁移淋失,Mn和Ti明显富集而Mg和Fe轻微富集,元素的迁移淋失率依次为:Na>P>K>Si>Al>Ca>Fe>Mg>Ti>Mn;微量元素除Nb、Sr迁移淋失外,其余元素表现出富集特征.与哈尔滨2002年沙尘沉降物、黄土高原第四纪黄土与古土壤、晚第三纪红粘土、镇江下蜀土及宣城风成红土等典型风成堆积物进行对比分析,(A1+Fe+Ti+Mn)/(Mg+Ca+K+Na)比值、成分变异指数ICV、CIA等化学风化参数及A-CN-K化学风化趋势图均显示,哈尔滨沙尘沉降物经历了低等化学风化程度,明显强于兰州黄土和古土壤,弱于洛川黄土,显著弱于洛川古土壤、西峰红粘土、镇江下蜀土和宣城风成红土.哈尔滨沙尘源区处于大陆化学风化的早期,气候生物状况好于西北地区,包括沙漠和黄土高原在内的西北地区不会是哈尔滨沙尘沉降物的物源区,或者至少不是主要物源区.     

哈尔滨沙尘暴沉降物特征研究

从沉积学角度对哈尔滨2002年3月20日的沙尘暴沉降物进行了粒度组成和化学成分分析。研究结果表明,沙尘含有大量的粗颗粒物质,表现出明显的三峰分布特征,说明它是由多种成因的组分构成。其粒度组成以粉砂(4~8Ф)为主,占71.18%,大于4Ф的砂粒组分占21.69%,小于8Ф的粘土组分仅占7.13%,平均粒径Mz为5.14Ф。沙尘主要化学成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3,三者之和达77.8%。Mg、K、Si、Fe、Mn、P、Ti、Co、Ni、V等元素的富集因子都在1左右,主要是地壳来源;Cu、Pb、Zn、Cr、Se等元素有一部分来自于地壳源之外的其他污染源;而As、Cd和Sb元素主要来自于大气污染源。粒度组成、化学组成及富集因子、判别函数、物源指数等分析表明,哈尔滨沙尘的粒度及元素组成明显异于兰州黄土及沙尘,其沙尘源区不同于西北黄土及兰州沙尘。强风作用下较粗颗粒的沙尘就地扬起,与长距离搬运的粉尘相互混合,形成了哈尔滨沙尘暴沉降物。     

汉江上游黄土常量元素地球化学特征及区域对比

本文对汉江上游黄土的常量元素含量及相关地球化学参数CIA、Na/K、淋溶系数、退碱系数、残积系数等进行了系统分析。结果显示：① 汉江黄土的主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃,三者含量总和达767.3 g/kg;常量元素含量大小排序为SiO₂>Al₂O₃>Fe₂O₃>K₂O>MgO>Na₂O>CaO。风化成壤过程中Na、Ca、Mg、Si发生不同程度的迁移淋溶,而Fe、Al、K相对富集。② 其风化成壤强度呈现从马兰黄土L₁→过渡性黄土L_t→古土壤S₀逐渐升高、全新世黄土L₀又降低的规律,记录了该区域气候经历了末次冰期（55.0-15.0 ka BP）冷干、早全新世（15.0-8.5 ka BP）增温增湿、中全新世（8.5-3.1 ka BP）达到最暖湿,晚全新世（3.1-0.0 ka BP）降温变干的演变过程。③ 汉江黄土与洛川、巫山、下蜀黄土的元素组合特征高度一致,不同地区常量元素（CaO除外）含量十分接近且UCC标准化值变幅均小于0.25,这暗示了它们风化之初具有相似的风成沉积基础;但不同区域黄土的化学风化强度差异明显,大致呈现洛川黄土<汉江黄土<巫山黄土<下蜀黄土的趋势,与中国现代季风气候的空间变化规律相吻合,即不同地区黄土风化程度差异主要是东亚季风变化影响的结果。     

洛川黄土剖面中矿物固定态铵的分布

对洛川黄土中的固定铵进行了初步分析。结果表明,在所测定的黄土古土壤层中,固定铵态氮含量在130-1之间变化。黄土中的固定铵态氮含量明显低于古土壤。13万a以来洛川黄土剖面中固定铵的分布呈～210现三次大的低高值的振荡特征,即末次间冰期S1古土壤中固定铵态氮含量最高,其次为冰后期的S0古土壤层,末次冰期形成的马兰黄土中固定铵态氮含量最低;在马兰黄土中同样体现出三次小的低高值的波动特征。黄土与μm组分的分布具有相似性,这些特征反映了洛川黄土中固定铵态氮的含量变化与气互层的古土壤中固定态铵的分布与黄土高原区气候的冷暖变化有较好的一致性,并且13万a以来洛川黄土剖面中固定铵的分布与磁化率和<2候条件有紧密的联系,揭示了黄土中固定铵的变化在一定程度上能指示黄土高原区古气候的演变。     

甜水沟全新世黄土-古土壤序列风化程度及意义

对大荔人遗址的甜水沟剖面(TSG)全新世黄土-古土壤序列中常量元素含量、磁化率和Rb/Sr比值进行了研究和比对。结果表明:在TSG剖面发育过程中,Ca、Mg、Na表现为迁移淋失,Si、K呈现弱富集特征,Fe的迁移不明显;磁化率、钾钠比、硅铝铁率、SiO2/(MgO+CaO)(、CaO+K2O+Na2O)/Al2O3的分布随地层的变化而同步变化。上述变化指示古土壤S0形成时期,化学风化程度强烈和气候温暖湿润,黄土L0和Lt堆积时期,风化成壤作用较弱和气候相对干旱,而全新世晚期可能曾出现过一次较为暖湿的次级气候变化。     

兰州市沙尘和非沙尘天气沉降物的化学特性比较

选择兰州市典型沙尘和非沙尘天气收集两类降尘,并对其元素组成进行测定。结果表明：兰州非沙尘和沙尘天气沉降物中含量较高的主要元素分别为Si、Ca、Al、Fe和Si、K、Ca、Al,含量最低的主要元素均是Ti;含量较高的微量元素是Mn、Ba、Zn、Sr和Mn、Ba、Sr、Zr,含量较低的微量元素均是Nb、Co、Y、As;兰州非沙尘和沙尘天气沉降物中主要元素及微量元素含量的排序差异较小,但是两种样品同种元素的丰度值存在较大变异,说明两种沉降物的来源有一定的差异。兰州非沙尘天气沉降物中Si、Fe、Mg、K、Na、Ti、V、Mn、Co、Ni、Rb、Sr、Y、Zr、Nb等元素主要来自于地壳源,Ca、Cr、Cu、Ba、Pb、Zn、As等元素与本地的人类污染活动有关,其中Pb、Zn、As是兰州重要的污染元素。沙尘天气沉降物中多数元素来自于外地入侵的沙尘,部分元素如Pb、Zn、As、Cu、Cr、K、Ni可能源于沙尘天气长距离传输途中矿物气溶胶与沿途污染源排放的污染物的混合。     

汉江上游谷地与渭河谷地黄土化学风化程度比较

比较汉江上游谷地及渭河谷地典型黄土剖面的元素组成、化学风化强度及常量元素迁移特征,揭示秦岭南北两侧黄土-古土壤剖面的成壤强度及其所指示的环境演变特征,两者差异及共性如下：① 两剖面化学组成均以SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃为主,元素组成均一且高度混合,与上部陆地壳（UCC） 的化学成分十分接近,该些证据均指示两区域黄土是来源广泛并经过充分混合的风尘堆积产物。② 据CIA 值可判定MTS 及YHC 剖面均经历了中等风化作用,比较两剖面CIW值、A-CN-K三角图投点特征及元素迁移率知,汉江上游谷地的黄土-古土壤序列经历的化学风化作用更强,Ca 及Na 元素的丢失率更高,Al、Na、Mg、Si 等常量元素的迁出率更大。③ 依据Fe、Na迁移率的全剖面变化曲线知,汉江上游谷地与渭河谷地自全新世以来经历了相同的气候演变阶段,均记录了6000-5000a BP的干冷气候事件。     

松嫩沙地地球化学特征及其对风尘物质贡献的指示

中国北部沙漠-沙地作为亚洲风尘系统的重要组成部分，是亚洲重要的粉尘源区。对松嫩沙地和欧亚黄土带最东端黄土沉积的源-汇系统进行研究，有利于了解松嫩平原冰期-间冰期大气环流模式与粉尘传输路径之间的关系，并为区域生态环境和沙尘天气治理提供科学依据。本研究采集了松嫩沙地全范围的47件样品（<63μm）进行元素地球化学分析（常量元素、微量元素和稀土元素），建立了完整的松嫩沙地地球化学数据库，并通过主成分分析和频率模型进行物源定量重建，结合物源判别图解探讨松嫩沙地对下风向区域风尘物质的贡献度。结果表明：松嫩沙地处于化学风化初级阶段，沉积物的成熟度较低，由大多数初次循环和少数再循环沉积混合组成。定量重建结果将松嫩沙地划分为西北部、西南-W部、西南-E部3个分区，对哈尔滨黄土的贡献度依次为西南-E部（即松花江水系沉积物）40.5%～66.3%、西南-W部24.9%～48.9%、西北部1.9%～13.2%。物源判别图解表明哈尔滨黄土与现代尘暴粉尘有相似的源区，揭示了松嫩平原冰期-间冰期粉尘传输路径一直以西南方向为主，与冰期以西北风为主导的环流模式存在差异。哈尔滨西北方向粉尘源区（松嫩沙地西北部和呼...     

天山北麓典型黄土地球化学特征研究

选择天山北麓地区典型风成黄土钟梁剖面进行常量元素地球化学特征研究。结果表明:天山北麓黄土与黄土高原黄土、伊犁黄土具有相似的常量元素组成,但风化程度明显偏低。在化学风化偏弱的内陆干旱表生环境中,黄土剖面Na元素的活动性强于Ca。进一步分析发现,由于研究区碳酸盐的淋溶淀积作用不明显,Rb/Sr等一些在黄土高原地区能较好指示古气候变化的代用指标并不能很好指示天山北麓黄土成壤强度;但不受物源和沉积环境差异影响的化学蚀变指数CIA能够较好的反映天山北麓黄土成壤强度,可作为在西北内陆干旱区古环境重建的气候代用指标。     

Rare earth elements of aeolian deposits in Northern China and their implications for determining the provenance of dust storms in Beijing

This paper contributes to a better understanding of the source of dust storms in northern China and the relationship between these sources and other aeolian sediments in this region. Sediment samples in potential source areas were collected from the Hunshandake Sandy Land, Heaven Desert, the loess deposits of the Bashang area, the mountainous basins and valleys north of Beijing and from the Badain Jaran Desert and Hulunbaier Sandy Land (Fig. 1). Dust samples were collected in Beijing during two dust storms in March 2002 and April 2006. The laboratory methods used in this study included measurements of abundance of trace elements, in particular the rare earth elements (REEs), mineral assemblages and grain size. The REE contents, Eu and Ce anomalies show clear differences between various deposits. Provenance is considered to be the key factor influencing REE patterns in the study areas. The REE abundances and patterns indicate that the aeolian sand north of Beijing, such as in the Heaven Desert, is mainly of local origin rather than from desert encroachment from the north. The mineral grains carried in dust storms, however, are highly mixed, and may come partly from local sources but mainly from distant desert regions in western China.     

中国主要沙尘暴源区稳定同位素背景值初步研究

采用稳定同位素方法,对中国沙尘暴主要源区塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地沙漠、库姆塔格沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地进行了采样分析。结果表明:22个样品¹⁸O和³⁰Si的δ值变化范围分别为9.6~14.8和-1.7~0.3,其中¹⁸O的δ值库姆塔格沙漠最大,柴达木盆地沙漠最小,³⁰Si的δ值毛乌素沙地最大,柴达木盆地沙漠最小。总体而言,样品中³⁰Si的δ值的变异系数要比¹⁸O的δ的变异系数大,因此³⁰Si更适合用于沙尘溯源。相邻的沙漠(沙地)呈现出³⁰Si的δ值相近的趋势,因此推断相邻的沙漠(沙地)沉积物可能来自同一地区。     

塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究进展

作为中国最大的沙漠和世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠是中国主要沙尘暴中心和黄土沉积的物源区之一,在中国北方乃至欧亚大陆自然环境和生态格局中具有重要影响,研究塔克拉玛干沙漠地区的沙尘暴具有十分重要的理论与实践意义。本文综述了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴过程及数值模拟预报研究的主要进展,阐明了沙尘暴的成因,进而总结了沙尘暴孕育发展的主要特征,提出了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究中亟待解决的科学问题。     

常量元素记录的毛乌素沙地东南缘全新世气候变化

毛乌素沙地处于中国季风边缘的半干旱区,对气候变化响应敏感,是研究过去全球气候变化的理想场所。对沙地东南缘锦界剖面全新统砂质黄土-古风成砂-古土壤互层沉积序列进行研究,在OSL测年基础上,通过沉积物常量元素氧化物含量及其比值分析,结合粒度、磁化率特征,探讨了毛乌素沙地东南缘7.9ka BP以来气候变化。结果表明：（1）地层常量元素氧化物以SiO₂和Al₂O₃为主,其他元素含量依次为Na₂O、K₂O、Fe₂O₃、CaO、MgO。各种元素活动性不同,K、Na活动性较强,易淋失;Si活动性较稳定,风成砂中易富集;Ca、Mg、Al、Fe活动性较弱,古土壤中富集。（2）7.9ka BP以来气候变化分为6个阶段。7.9～7.3 ka最温暖湿润时段;7.3～6.8 ka,气候转冷干;6.8～4.3 ka,整体上温暖湿润,期间存在2次由暖湿变冷干的波动,并出现过6次风沙活动,即6.6～6.3、6.1、5.9、5.7～5.5、5.3～5.0、4.7～4.4 ka;4.3～2.5ka BP,气候转冷干;2.5～1.8ka BP出现过短暂湿润期,但暖湿程度不及全新世中期;1.8ka BP以来气候渐趋干旱并接近现代气候。（3）全新世气候变化与毗邻的萨拉乌苏河流域、浑善达克沙地等记录的气候变化具有很好的一致性,这是通过东亚冬夏季风强弱消长变化对全球变化的区域响应。     

Spatiotemporal changes of land desertification sensitivity in northwest China from 2000 to 2017

Sensitivity assessment is useful for monitoring land desertification.Research into how to prevent and control desertification is also important.In the arid region of northwest China,desertification is becoming worse and is a serious problem that affects local sustain-able development.Based on remote-sensing and geographic information system technology,this study establishes a"soil-terrain-hydrology-climate-vegetation"desertification sensitivity comprehensive evaluation system to reflect the spatiotemporal changes of land desertifica-tion,and proposes a spatial distance model to calculate a desertification sensitivity index.The spatiotemporal change characteristics of land desertification sensitivity in northwest China are quantitatively assessed from 2000 to 2017.Moreover,the main driving factors are ana-lyzed using the geographical detector method.The results show the following.(1)Terrain,soil,climate,vegetation and hydrology affect and restrict each other,and constitute the back-ground conditions of the distributions and changes of sensitivity to desertification in northwest China.(2)Desertification sensitivity generally displays a low distribution characteristic on the periphery of the area and a high one in the interior.The low-sensitivity regions are mainly in the five major mountain ranges(Altai Mountains,Tianshan Mountains,Kunlun Mountains,Altun Mountains and Qilian Mountains),while the high-sensitivity regions are mainly in re-gions such as the Junggar Basin,the Tarim Basin and the Inner Mongolia Plateau,as well as the Taklimakan Desert,Badain Jaran Desert and Tengger Desert.The spatial distribution of desertification sensitivity is obviously regional,and the high-and low-sensitivity regions have clear boundaries and a concentrated distribution.(3)With regard to spatiotemporal evolution,changes in desertification sensitivity since 2000 have been predominantly stable,and the overall sensitivity has displayed a slowly decreasing trend,indicating that potential desertifi-cation regions are decreasing annually and that some achievements have been made in the control of regional desertification. (4) Soil and climate play a direct role in the driving factors of desertification in northwest China, and these have been found to be the most important in-fluential factors. Vegetation is the most active and basic factor in changing the sensitivity. In addition, topography and hydrology play a role in restricting desertification changes. So-cio-economic factors are the most rapid factors affecting regional desertification sensitivity,and their impacts tend to be gradually increasing. In general, desertification has been effec-tively controlled in northwest China, and positive results have been achieved in such control.However, against the backdrop of intensified global climate change, increasingly prominent human activities and new normals of socio-economic development, the monitoring, assess-ment and control of desertification in China still have a long way to go.     

陕西五里铺黄土微量元素组成与全新世气候不稳定性研究

通过对岐山黄土剖面Pb、Cu、Zn、Cd、Mn元素含量、磁化率及粒度的研究表明,这些元素含量变化实质是气候变化的直接结果,其含量高指示风化成壤作用强烈的湿润环境,含量低指示寒冷的干旱环境。揭示出黄土高原南部全新世气候在总体温暖的情况下有明显波动变化,在5000~6000 a BP出现一次明显气候干旱期,使全新世"大暖期"分裂形成两个主要的成壤期S₀¹和S₀²。在S₀¹、S₀²成壤时期仍存在次一级的气候变化事件。全新世时期该地区经历了黄土沉积(L_t)→古土壤发育(S₀²)→黄土覆盖(L₀²)→土壤再度发育(S₀¹)→黄土堆积及现代表土(L10)的发展演化阶段。     

库姆塔格沙漠东南缘BL剖面粒度记录的全新世快速气候事件

地质历史过程中全新世时期是一个温暖湿润的间冰期气候过程,中间出现过多次变冷或变干的快速气候事件。BL剖面位于库姆塔格沙漠东南缘,是一典型的风成砂黄土沉积地层,沉积厚度约350 cm。通过沉积地层光释光测年和沉积物粒度变化分析,结果显示：（1）BL剖面沉积的年代始于8.3 ka,处在全新世早期;（2）区域干旱气候条件下,反映冬季风的代用指标则以粗端组分含量为主,BL剖面沉积物平均粒度受到颗粒粗端的影响较大,对比3个不同粗颗粒组分含量所指示的古气候变化,选用>110 μm的沉积物颗粒组分含量作为冬季风研究的替代性指标,具有较好的指示意义;（3）剖面粒度对全新世中晚期的6次气候快速变化过程均有不同程度的记录,其特点是对全球性冷事件敏感性较强,对干旱事件响应较弱。对库姆塔格沙漠地区全新世气候过程的研究,可为极端干旱区域气候对全球气候变化过程的响应提供一定借鉴。     

新疆黄土分布规律及粉尘来源

通过新疆不同区域地形、黄土时空分布规律、物质组成等资料的对比,结合区域环流形势和沙尘天气的综合分析提出:不同黄土分布亚区,受不同的大气环流、局地环流和地形的作用,具有不同粉尘来源。南亚区主要来自塔克拉玛干沙漠,北亚区主要来自古尔班通古特沙漠,而形成西亚区黄土的粉尘主要来自中亚荒漠。     

中国西北与华北地区末次冰期黄土气候记录的对比研究

选用末次冰期具有代表性的黄土高原西部区临夏塬堡黄土剖面和华北地区具有代表性的北京西山东斋堂黄土剖面,通过对这两个剖面岩性、质量磁化率、粒度中值的变化幅度、频率、量值和所反映的气候环境状况及产生这种气候状况的原因的对比分析发现:两个剖面均记录了末次冰期可与反映全球冰量变化的SPECMAP曲线对比的MIS2、MIS3和MIS4 3个阶段,尽管其反映的气候状况并不相同。如末次冰期西北和华北地区风力强度基本接近（粒度中值值基本接近）,华北地区气候更为温湿,土壤的成壤强度更高,降水量更大,而西北地区就弱很多。这可能与两个地区地处不同的气候带有关,即西北地区地处温带干旱、半干旱区,华北地区地处暖温带半湿润区,尽管两剖面同处中纬度,但西北地区的塬堡剖面深居内陆,四周多高山,来自海洋的湿润气流很少能够到达,降水量远比同纬度其他地区少的缘故。同时还表明:就磁化率指标和粒度指标而言,磁化率指标对区域气候环境变化的响应更敏感,更能准确记录反映区域的气候环境变化状况。