中国沙漠的同位素分区特征

系统采集了中国10个主要沙漠或沙地(塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、柴达木沙漠、毛乌素沙漠、库布齐沙漠、古尔班通古特沙漠、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)样品,并在黄土高原西峰、环县和洛川剖面采集了马兰黄土(L1)样品.通过选择合适的粒级和样品处理方法,对样品酸不溶物进行了Nd和Sr同位素组成的测定.测定结果表明,中国10个沙漠或沙地的Nd同位素组成ε8Nd(0)的变化范围大,为-1.2～-17.2.根据Nd同位素组成范围,10个沙漠或沙地的εNd(0)从高到低可以分为4个区域:A1:古尔班通古特沙漠和呼伦贝尔沙地(-1.2～-4.0);A2:浑善达克沙地和科尔沁沙地(-4.4～-7.0);B:塔克拉玛干沙漠、柴达木沙漠、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠(-7.4～-11.7);C:毛乌素沙漠和库布齐沙漠(-11.8～-17.2).中国沙漠Nd同位素组成的分区性与中国北方的大地构造和山脉分布密切相关,并表明中国沙漠具有近源性,即沙漠物质主要来源于其邻近周围的山脉和基底岩石的风化侵蚀.通过对比,黄土高原黄土Nd和sr同位素组成与柴达木沙漠和阿拉善高原的沙漠(腾格里和巴丹吉林沙漠)相同,而与其他沙漠不同.塔克拉玛干沙漠碳同位素组成为0.19‰～0.62‰;柴达木沙漠、巴丹吉林沙漠和黄土高原马兰黄土碳同位素组成都落在1.20‰～2.40‰之内.黄土高原马兰黄土碳同位素组成与柴达木沙漠和巴丹吉林沙漠相类似,而与塔克拉玛干沙漠不同.本次研究为Liu et al.(1996)的推论,即黄土高原黄土物质最终来源于青藏高原东北缘,提供了一个有力的同位素证据.     

中国东部黄土物源铀同位素碎粒年代学研究

细粒物质的²³⁴U/²³⁸U比值记录了颗粒自破碎以来经历的时间,具有示踪地表过程的巨大潜力。本研究应用铀同位素碎粒年龄学解析中国东部黄土堆积的物源。中国东部黄土的初始²³⁴U/²³⁸U比值低于黄土高原黄土,指示出不同的物质来源。中国东部黄土物源具有很强的近源性,显示出明显区域特征。山东半岛及其滨海黄土主要来自黄泛平原和冰期暴露陆架的黄河沉积物。黄河沿岸黄土可能直接来自黄河河漫滩。下蜀黄土可能来自冰期阶段的长江沉积物。

     

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。由于阿拉善干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。     

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87Sr/86Sr值和143Nd/144Nd值组成及单颗粒碎屑锆石U-...     

有关中国黄土高原黄土物质的源区及其输送方式的再评述

仅通过对黄土的研究来认识黄土物质的源地和输送方式、沉降过程往往需要假设和推测一些问题,不够直接和全面,借助对沙漠和大气中沙尘粒子本身的研究则可以更清晰地认识它们.文章在以往对黄土物质源区、输送和沉积过程研究的基础上,对有关这些问题的研究进展,特别是2000～200年以来的进展给出了进一步的评述.结果表明:蒙古源区、以塔克拉玛干沙漠为主体的中国西部沙漠源区和以巴丹吉林沙漠为中心的中国北部沙漠源区贡献了亚洲沙尘释放总量的约70%,它们可视为亚洲沙尘的3个贡献量最大的源区,也可视为是黄土高原黄土物质的主要源地;有关亚洲沙尘的输送,在接近其源区的区域其沙尘浓度峰值在1km及其以下,在中国内陆其峰值通常在1～3km高度,在日本等东亚区域在2～4km高度,在太平洋中部峰值位于4～5km高度,在美国西部在5～7km的位置.通常,亚洲沙尘的区域尺度输送主要受近地面层东亚冬季风的控制,沙尘穿越太平洋的跨洲输送模式与全球尺度的大气环流变化紧密相关,特别是受中纬度西风带的影响.关于黄土高原黄土物质的沉降和堆积,近地面层东亚冬季风起到的是控制性的作用,沙尘在黄土高原的沉降以干沉降为主.晚第四纪黄土-古土壤中的90%以上是亚洲沙尘粒子的沉积物,不到10%受到了再作用过程的影响.     

基于GNIP的黄土高原区大气降水同位素特征研究

以GNIP为数据源,选取研究了黄土高原区7个站点(兰州、银川、靖边、西安、平凉、包头、太原)降水中稳定同位素的时空变化特征,分析了除靖边站之外的其他站点降水同位素与温度和降水量的关系,揭示了该地区降水中稳定同位素的变化规律。结果表明:(1)黄土高原大气降水稳定同位素在不同的区域有着相似的时间变化特征和不同的空间变化特征;(2)建立了黄土高原区域大气降水线方程δD=7.0δ18O+0.36‰;(3)黄土高原各站点降水同位素的温度效应和雨量效应表现出较为显著的空间特性;(4)黄土高原区在冬季风期间较夏季风期间风速大、湿度低且蒸发强烈。     

三峡巫山黄土Sr-Nd同位素组成与物源示踪

巫山黄土作为中国南方黄土的重要组成部分,弄清该区的物源将为破译这一宝贵沉积记录提供重要的环境信息.对巫山黄土剖面进行了系统取样和Sr-Nd同位素分析,并与黄土高原同期黄土及近源的河流沉积物等进行了比较.结果表明,巫山黄土的87Sr/86Sr值变化范围为0.717 411~0.719 163,平均值为0.717 998,与黄土高原末次冰期黄土的87Sr/86Sr值（变化范围为0.718 235~0.719 673,平均值为0.718 623）几乎一致;巫山黄土ε_Nd（0）值在-10.1~-11.7之间,平均值为-11.4,明显与长江上游现代河漫滩沉积物ε_Nd（0）值（-5.9~-7.2）差别较大,而与黄土高原黄土ε_Nd（0）值（-9.2~-11.3）接近.研究结果表明巫山黄土的粉尘主要为北方输入,与黄土高原黄土同源.据此认为,巫山黄土的形成并不是因为冰期导致三峡地区干旱河滩干涸暴露而引发粉尘近源堆积,这与近年来长江下游下蜀黄土的研究结果有所不同.      

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⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值和 ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 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⁸⁷Sr/⁸⁶Sr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); ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 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 ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 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⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值和 ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd 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。     

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U-Pb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.      

黄土高原黄土粒度的空间变化及其古环境意义

20世纪50~60年代,刘东生先生组织了黄河中游黄土区十条大断面（六纵四横）的野外考察和室内分析,从而证实了从西北到东南黄土粒度逐渐变细的现象,并划分出砂黄土、黄土和粘黄土带。从此,粒度成为黄土研究最基本、最重要的物理指标之一。时至今日,黄土粒度的古气候意义依然有待进一步明确。在前辈研究的基础上,我们对黄土高原57个S2以上剖面进行了详细调查和粒度分析,构建了典型冷暖时期粒度等值线。结果显示,无论是黄土还是古土壤,其粒度均从北向南变细,粒度等值线整体上呈现近东西向展布,表明粒度空间分异以南北向为主。地质记录综合对比显示,沉积区距物源区的距离变化对黄土粒度的影响是第一位的,冬季风风力变化的影响是第二位的。据此,我们构建了"黄土中值粒径-沉积区距源区最小距离"的模型。模型显示：距源区最小距离在400km以内为"快速分异区",粉尘沉积的粒度随搬运距离增加迅速变细,黄土高原黄土即在此区域;在400~2000km间为"缓慢分异区",粉尘粒度随搬运距离的增加缓缓变细,黄土高原新近纪红粘土即为典型代表;距源区2000km以上为粉尘沉积与搬运风力的"平衡区",粉尘粒度随搬运距离增加变化很小,深海粉尘沉积为典型代表。依据低空搬运的黄土"粒度-距离"模型推测的远距离（>2000km）搬运后的粉尘粒度为1~3μm,同高空搬运的北太平洋现代降尘和深海粉尘沉积粒度（2~4μm）非常吻合,表明该模型可能揭示了风力这样一种地质营力的内在动力学特征,这一点需要在今后研究中予以关注。     

黄土高原黄土地层的对比及细分

将前人对黄土高原黄土地层划分的研究成果进行全面总结、分析,结合洛川、宝鸡、西峰3个经典剖面,利用土壤 地层学、沉积学、磁性地层学、古生物学、年代学、地球化学等研究方法对黄土高原的黄土地层进行详细对比以及进一步 细分。将早、中更新世界线调整为B/M极性倒转开始的对应层位——L9顶部。根据岩性和气候旋回周期的差异性等,将离 石黄土三分,S8/L9作为离石黄土内部划分的一条新界线,S1~L5划分为上离石黄土,S5~S8划分为中离石黄土,L9~L15划分为 下离石黄土。在分析过程中发现关键层位（S0,L1,S1,S5,L9,L15,L33） 的年龄具有差异性。     

黄土高原典型山地-沟壑区地下水水化学特征及成因——以六盘山地区为例

为了揭示黄土高原山地-沟壑区黄土地下水水化学特征及成因,对六盘山东西两侧山区及其西部典型黄土高原山地-沟壑区进行了多次实地考察,合理选择采样点,采集了浅层地下水监测水样。对采集的样品水化学数据进行了分析,结果表明:六盘山地区浅层地下水以低TDS重碳酸盐型为主,径流途径较短,循环条件较好,保持了较好的天然淡水资源状态;而在山地-沟壑区水化学类型则复杂多样,TDS平均值达1 870mg/L,淡水资源相对匮乏。结合各类水化学图可以看出,浅层地下水和地表水的离子来源优势机制以岩石风化为主,并且在山地-沟壑区受到不同程度蒸发作用控制。通过分析地下水中的离子浓度比以及锶元素,发现六盘山区主要为补给区和径流区,山地-沟壑区则是补给区、径流区和径流滞缓区,黄土地下水可能有来自六盘山岩溶水的补给。氟离子浓度和硬度超标是影响区域内水质的最主要因素,在受蒸发作用影响较大的地区尤为突出。黄土高原地下水资源的分布状况和质量参差不齐,保护好区域内较好的淡水资源并且按照地下水分布规律进行合理的开发与宏观调控,是缓解黄土高原水资源问题的关键。     

Effect of spatial scale on suspended sediment concentration in flood season in hilly loess region on the Loess Plateau in China

Suspended sediment concentration is a major variable influencing soil erosion and loss, study on which at different spatial scales is of great meaning to understand soil erosion mechanism and sediment transport process. Based on data from 4 sloping surfaces and 7 basins ranging from 0.0003 to 187 km² in area, the suspended sediment concentration in flood season (SSC) with drainage area is studied. With increasing drainage area on the slope surfaces, the mean suspended sediment concentration in flood season (MSSC) enhances continuously until a peak value of 685 kg m⁻³ occurs at the whole slope surface No. 7 runoff plot resulting from harder and harder erosion forms downslope. Entering basin systems, the diluted action of subsurface water on the toeslope on MSSC and small water flow power Ω make a minimum MSSC value of 568 kg m⁻³ occur in the first-order basin system Tuanshangou basin at an area of 0.18 km², and then from Tuanshangou basin to larger basins, the positive feedback function among drainage density, water flow energy, and hyperconcentrated flow as well as its reduction of settling velocity of coarser particles generates continuously increasing MSSC with drainage area.     

Consistent grain size distribution of pedogenic maghemite of surface soils and Miocene loessic soils on the Chinese Loess Plateau

There is agreement that ultrafine maghemite grains (<100 nm) are responsible for the magnetic enhancement of Chinese loess. Recent studies show that grain size distribution of ultrafine pedogenic maghemite grains within the aeolian sequences on the central Chinese Loess Plateau deposited in the last 8 Ma is consistent. However, whether the observed grain size distribution of ultrafine pedogenic maghemite grains can be observed in the western Chinese Loess Plateau and modern soils is not entirely clear. Here we find that young surface soil samples across the Chinese Loess Plateau and early Neogene loessic soils from the western Chinese Loess Plateau also show consistent grain size distribution with that of ultrafine pedogenic maghemite grains on the central Chinese Loess Plateau. The fact that young surface soil samples show apparent magnetic enhancement suggests that the ultrafine pedogenic maghemite grains derive from oxidation of ultrafine magnetite grains. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Episodic gullying and paleomonsoon cycles on the Chinese Loess Plateau

Buried gullies exposed in road excavations along the margin of a loess tableland on the Loess Plateau of central China lie within a thick loess-paleosol succession that spans ≥780,000 years. Constraining ages for gully cutting and filling are provided by dates of loess and soil units cut by and capping the paleogullies. An episode of gully cutting begins at the onset of an interglaciation and ceases as the gullies begin to fill with colluvium and airborne dust during the transition to full-glacial conditions. The episodic cutting and filling of gullies implies a basic astronomical (orbital) control of gully evolution involving cyclic changes in dominant summer and winter monsoon climates, surface hydrology, and vegetation cover.     

黄土高原及周边地区间齿螺(Metodontia)种类的数量分布及其温度和降水量最适范围的定量估算

间齿螺(Metodontia)是我国现生陆生蜗牛的常见属, 也是黄土地层中常见的蜗牛化石, 汉山间齿螺(Metodontia huaiensis)和烟台间齿螺(Metodontia yantaiensis)是该属的两个常见种。我国现生间齿螺的地理分布调查取得了丰硕的成果, 为间齿螺化石作为夏季风气候变化的代用指标提供了依据, 但对现生间齿螺的数量分布和生态因子最适区域, 还缺少系统的研究, 限制了对间齿螺古生态古气候意义的深入理解。通过对黄土高原及周边地区356个表土蜗牛组合的研究, 揭示了间齿螺及其优势种的数量分布与气候参数的关系, 以及与经纬度和海拔高度的关系, 并利用加权平均方法定量估算了汉山间齿螺和烟台间齿螺的温度和降水量最适范围。结果表明, 在我们的研究区域内, 含量大于20% 的间齿螺, 主要分布在年均温大于11℃、年降水量550~850mm的地区, 36°N以南、110°E以东的地区, 海拔在750m以下的地区; 含量低于10% 的间齿螺, 在年均温5~15℃、年降水量380~700mm的地点都有分布, 主要分布在 33°~40.5°N、103.7°~117.5°E范围内, 海拔在2000m以下的地区; 年均温低于5℃、年降水量低于380mm的地区, 海拔2000m以上的地区, 基本上没有间齿螺生长; 汉山间齿螺和烟台间齿螺年均温度最适范围分别为10.2~14.1℃左右和8.9~14.0℃左右(实测值与推导值R2=0.70, 推导误差RMSEP=1.99), 年降水量最适范围分别为530~800mm左右和470~750mm左右(R2=0.81, RMSEP=90.87)。上述结果为间齿螺的古生态古气候研究和物种多样性保护提供了基础生态数据。     

青藏高原东北缘黄土粒度组成及物质来源分析

对青藏高原东北缘的民和黄土进行粒度分析发现，民和黄土粒度组成与兰州、洛川和西安等地差别较大，其黄土粒度明显大于上述地区。传统地把民和黄土划分为黄土带的南部过于简单化，它忽略了因青藏高原隆升而激发产生的高原物源区作用，应将民和黄土归属于黄土与砂黄土的过渡带。青藏高原因冰川反复消融和磨蚀产生的砂尘为民和黄土提供了可观的粗物质补给。事实表明，青藏高原第四纪冰川－冰融作用所产生的大量砂粉尘，不仅是高原腹地黄土区的主要物源，也是青藏高原边缘黄土的主要物源之一。     

黄土高原退耕坡地土壤水分空间变异性研究

以神木生态观测站为例,利用经典统计学方法对黄土高原退耕坡地土壤水分在空间三维不同方向和不同位置的空间变异性进行了研究,并对空间变异的尺度和时间依赖性等问题进行了探讨,以便为坡地水分管理和植被恢复提供参考。研究结果表明土壤水分在垂直方向和水平方向(垂直于坡长方向)的平均变异程度为弱变异;而在东西方向(坡长方向)、二维平面和三维空间上为中等变异性;土壤水分沿坡长方向从坡顶到坡脚表现出先减小后增大的趋势,且在各坡位变异程度不一,呈现出变异程度为坡上>坡中>坡下的趋势;土壤水分沿南北方向表现为阴坡>山脊>阳坡的明显趋势,其变异程度为阳坡>阴坡;在40~200 cm土层深度内,土壤水分在垂直方向表现出先减小后增大的趋势,且在各土层的变异程度与各层平均土壤水分成明显的正相关。