柴达木盆地西部地层的风力侵蚀对黄土高原物源贡献的研究进展

柴达木盆地是我国西北地区最干旱的盆地之一,常年盛行强劲的西北风,尤其在冬春季更甚。柴达木盆地西部地区自新生代以来沉积了巨厚的河湖相沉积。自上新世晚期以来,随着气候的逐步干化和盆地内部构造变形的加剧,该地区风力侵蚀地貌开始出现。早更新时出现的古盐壳和古雅丹地貌说明当时侵蚀已经相当剧烈。晚更新时以来,气候的极端干旱化和冰期的出现,更加促进了风蚀地貌的发育,在强劲的低空风力的雕刻下,形成了盆地西部几万平方千米的“百万雅丹”地貌,十分壮观。柴达木盆地不同地区风蚀地层的厚度和速率都不同,最大可达3 km和1.1 mm/yr,如此巨量的物质搬运必然为下风向的地区(都兰、青海湖地区、西宁盆地、黄土高原)的粉尘堆积提供可观的物源物质。研究表明,柴达木盆地西部被侵蚀的古湖相地层是上述地区,尤其是黄土高原重要的物源物质。随着研究的深入,其盆地内侵蚀物质输送到黄土高原的机制,已被学界越来越清晰的认识。     

柴达木盆地灌丛沙丘稀土元素地球化学特征与物源

分析了柴达木盆地灌丛沙丘剖面风沙沉积物中稀土元素及其相关特征参数、分布模式和（La/Yb）_N-REE（稀土元素）物源特征。结果表明：灌丛沙丘剖面风沙沉积物中REE值100.52~163.47 μg·g^-1,接近于新疆灰钙土,而略低于中国黄土;LREE（轻稀土元素）值87.80~144.65 μg·g^-1,占总量86.62%~90.53%,决定了稀土总量的变化。总体表现为LREE相对富集,而HREE（重稀土元素）丰度相对较低,分馏特征基本相似,呈斜\"L\"型缓右倾斜,Eu大致呈现中度负异常的分配模式,而Ce未表现出明显异常,且更多地反映了其物源特性。其物源主要由东昆仑北麓冲积扇碎屑沉积物质经过风化、搬运、沉积而成,而并非来自于干旱期的湖底剥蚀物。总体而言,灌丛沙丘沉积过程稀土元素分异特征反映了灌丛沙丘发育时期柴达木盆地总体处于干燥的气候环境,化学风化作用弱,植被发育相对较差,成壤作用不明显。     

柴达木盆地察尔汗湖相沉积物的粒度分布模式及其环境意义

对柴达木盆地察尔汗地区ISL1A孔的湖相沉积物样品进行了粒度分布特征分析,研究表明：（1）样品的粒度特征呈三峰模式,部分高盐阶段样品缺失第三峰,为双峰模式;（2）2～10 μm部分以湖成组份为主;10～70 μm和70～650 μm部分以风成组份为主;（3）<2 μm的组份可能与湖泊的生物化学成因有关。上述各组份与气候变化密切相关,且各自代表的环境意义也不同：<2 μm和2～10 μm部分反映了湖泊淡化-咸化程度和水量变化过程。10～70 μm部分可能在一定程度上反映了东亚冬季风的强度;70～650 μm部分反映了尘暴天气的程度。环境指标的对比分析很好地验证了ISL1A孔样品粒度各个组份划分的准确性,并可反演92.9 ka以来该地区的古气候演化过程。     

柴达木盆地中部高Mg/Li盐湖卤水富镁物源探讨

为了查清那棱格勒河尾闾盐湖—一里坪、西台、东台和察尔汗盐湖别勒滩区段高Mg/Li卤水富镁的主控因素及成因,系统采集了柴达木盆地那棱格勒河水、流域围岩和尾闾盐湖卤水样品,进行水样、岩样元素含量及矿物组合分析。结果表明,河水阴阳离子含量特征为Na~+>Ca~(2+)>Mg~(2+)和Cl~->HCO~-_3>SO■;与河水相比,卤水Ca~(2+)和HCO~-_3含量降低,Na~+、K~+、Cl~-和SO■明显富集,二者具有相似的Mg~(2+)离子含量所占阳离子总量的百分比(～25%);与南海海水和青海湖湖水蒸发曲线对比,卤水的镁含量落在曲线上,说明卤水富镁是由河水输入、蒸发浓缩控制的,而非盆地古湖自西向东浓缩迁移的结果;通过那陵格勒河流域围岩矿物和镁含量分析,发现河水流经的围岩中沉积有含镁矿物(白云石、含镁方解石和阳起石),且镁含量高达0.6%～11.5%,说明高镁的岩石风化溶滤是引起尾闾盐湖卤水富镁的主因。     

降水-植被耦合关系及其对黄土高原侵蚀的影响

降水、植被与侵蚀过程三者之间关系的研究,是地表过程领域中重要的科学问题,迄今未能完全解决。通过对黄土高原地区大量实测资料的分析,揭示了森林覆盖率和降雨侵蚀力随年降水量的非线性变化。发现了森林覆盖率随年降水变化过程中的临界点,即当年降水小于450 mm时,森林覆盖率很小且基本上不随年降水而变化;当年降水大于450 mm以后,森林覆盖率随年降水的增大而急剧增大。同时还发现,降雨侵蚀力随年降水量的变化过程也存在着两个临界点。当年降水量小于300 mm时,降雨侵蚀力很小且基本上不随年降水而变化;当年降水量超过300 mm时,降雨侵蚀力随年降水量的增大而迅速增大;当年降水量大于530 mm以后,降雨侵蚀力随年降水量增大的速率进一步加大。从分析与上述各临界点相联系的植被抗蚀力和降雨侵蚀力的对比关系入手,解释了黄土高原地区侵蚀强度随年降水变化的非线性图形,即随年降水的增大,侵蚀强度先是增大并达到峰值,然后再减小。并讨论了上述各个临界点对于黄土高原侵蚀治理的应用意义。     

全球气候变暖对黄土高原侵蚀产沙的影响

本文讨论未来全球气候变暖引起黄土高原侵蚀产沙的变化趋势。在分析气候期与侵蚀期关系的基础上,提出堆积期与侵蚀期都发生在干旱期,未来全球气候变暖进入湿润期,黄土高原侵蚀产沙趋于减少。     

晚新生代中国北方风尘沉积的可能物源及变化

中国北方风尘沉积是晚新生代中纬西风和冬季风输送的粉尘相互加积的结果。对北方风尘沉积物来源和搬运动力的分析表明,风尘沉积的物质来源具有多样性,物源类型和分布、传输路径随时间变化。认为亚洲中部山地古风化壳可能是中国北方早期风尘沉积,尤其是第三纪红粘土的重要物源之一;晚新生代的粉尘源区类型由山地因干旱化被风蚀的红色风化壳逐渐向盆地周边被抬升的中、新生代砂泥岩过渡,再由盆地周边过渡到盆地内部的中生代与新生代的河湖沉积物和沙漠。同时大气环流格局的变化相应地导致了粉尘源区分布和传输路径的迁移。     

柴达木盆地那棱格勒河流域表层沉积物微量元素组成及其对流域内锂的物源制约意义

柴达木盆地那棱格勒河流域是我国目前最大的盐湖型锂矿区和工业设施最为完备的卤水锂工业基地,长期以来关于其尾闾盐湖区锂的物源问题备受关注。尽管目前的众多研究已经对流域内地表水体及尾闾区盐湖中锂的物源有了较为一致的看法,但盆地周缘围岩风化过程在其中起到的作用仍缺乏系统性认识。基于部分保守性微量元素在物源示踪研究中的重要作用,本文通过对流域内河流表层沉积物中的REEY、Li、Sc、Co、Nb、Ta、Th等微量元素开展其地球化学行为方面的分析,讨论了沉积物的物源属性特征及其中锂的来源特征,为深入认识盐湖区游离态锂资源的物源提供了新的证据。结果表明,那棱格勒河流域与毗邻的东、西对比区河流沉积物有着相似的化学风化背景和基岩类型,源岩具有显著的长英质岩和基性岩的二元混合特征,且基性源岩所占比重更大;而沉积物中的锂除尾闾盐湖区明显受到富锂孔隙水体夹带的影响外,其它地区锂的来源特征与沉积物的物源特征相同,表明地表迁移过程对介质中锂的通量影响较弱,沉积物中的锂更多的是以赋存在相关矿物结构中的形式存在;研究区来自源岩风化作用提供的游离态锂的量较为有限,尾闾盐湖中的锂资源主要以昆仑山深大断裂带涌出的热泉水的长年补给为主。     

楚科奇海和白令海沉积地层中甾醇的物源组成及其周边气候效应

楚科奇海 C-8短柱沉积样中检出甾醇化合物碳数 C_(27)、C_(28)、C_(29)和C_(30)双键位置在5-和5,22-及22,24-的甾醇;白令海 B2-9短柱沉积样中检出甾醇化合物碳数 C27、C28和 C29双键位置在5-和5,22-及22-的甾醇。从两个海域的甾醇组合特征来看,主要来自陆源碎屑物质以及海洋硅质生物自生源组成。研究还表明楚科奇海和白令海沉积地层(2-0cm)中甾醇异常记录对应时间段约20世纪80年代-90年代未,保存着北极增暖的信号,这是北极海域生态环境对周边气候变化作出的响应。     

风力侵蚀对无定河流域产沙作用定量分析

本文利用无定河的水文泥沙观测日值资料和该流域内及周围气象站气象观测月值资料,通过流域的水沙关系与各年风蚀气候因子,估计了风力作用对无定河流域产沙的贡献量。结果揭示出:在风沙区,由于水力的搬运作用仍然决定了流域输沙量的大小,所以风力作用产生的输沙模数很小,在总输沙量中只占约1/4;风力作用增加输沙量比例最大的地区是穿过风沙区和丘陵沟壑区交界区,既有活跃的风沙活动又有强烈的黄土水蚀,风力和水力形成强耦合侵蚀搬运作用的干流上游,占输沙量的1/3以上;位于靠近风沙区并有片沙分布的黄土丘陵沟壑区的流域,风蚀产沙占流域输沙量的比例约为1/10;在黄土丘陵沟壑区,相对强烈的水力侵蚀,风力作用对产沙影响较小。整个无定河流域风力作用产生的输沙量包括入河风沙、降尘以及风力与水力的耦合侵蚀搬运作用可能增加的泥沙,接近流域总输沙量的1/6。     

末次间冰期以来黄河中游黄土高原沟谷侵蚀-堆积过程初探

以陕西洛川北汉寨小流域为基础,建立末次间冰期以来黄河中游黄土高原的沟谷侵蚀－堆积模式,并定量计算流域不同时期侵蚀模数或堆积速率,初步恢复了末次间冰期以来黄土高原中部地区的沟谷侵蚀－堆积过程。计算结果表明,末次间冰期公来,黄土高原中部地区的自然侵蚀作用可能在逐渐加剧。侵蚀－堆积是黄土区沟谷发育的基本过程,并与气候变化密切相关。侵蚀期相当于湿润期,也就是降雨量大的时期;沉积黄土层的时期沟谷发育大大减缓甚至停止,并且在原来的谷底、谷坡上还可堆积黄土。     

黄土高原水资源特征与利用对策

本文在简述黄土高原气候干旱、降水稀少、地面破碎、植被缺乏、水土流失严重等自然条件的基础上。分析了黄土高原水资源短缺、时空分布不均、变化很大,河流含沙量极高,水质污染日趋严重等特征。提出了蓄水保土,建立“土壤蓄水库”,抑制土壤蒸发,发展节水型工农业体系,提倡节约用水、科学用水,加强水资源管理与保护等措施,力求最充分合理地开发利用黄土高原地区有限的水资源。     

黄土高原侵蚀期研究

黄土高原在沉积的同时也存在着侵蚀,主要是流水、重力等因素造成的。这种侵蚀会受到气候、构造运动以及人类活动控制。资料显示,黄土高原存在3种基本的侵蚀期,一是气候侵蚀期,二是构造侵蚀期,三是人为因素侵蚀期。此外还有气候与构造共同作用产生的侵蚀期和构造与人类共同作用产生的侵蚀期。温湿期风尘堆积少,降水量增多,流水动力增强,是黄土高原理论上的侵蚀期。构造抬升引起侵蚀基准面下降,进而导致黄土高原加快侵蚀,出现构造侵蚀期。人类活动破坏了黄土高原的植被和土层结构,导致黄土高原侵蚀加剧,从而出现了人类因素引起的现代侵蚀加速期。在黄土发育的冷干期,由于植被稀疏,侵蚀量大于温湿期,但堆积量远大于侵蚀量。要改变现代侵蚀状况,就应当加强黄土高原生态环境治理。     

2.5 Ma以来柴达木盆地的气候干湿变化特征及其原因

长期以来,一直认为柴达木盆地第四纪气候在波动中向干旱方向发展。原因是青藏高原的隆升阻挡了来自印度洋、孟加拉湾的水汽。然而,来自柴达木盆地新的证据表明,柴达木盆地第四纪气候演变的总体趋势是冰期越来越干燥,间冰期干燥程度却存在减弱的趋势。并且这种变化是呈阶段性的。最明显的阶段划分应在0.8-0.6Ma前后。这种现象可以用青藏高原的隆升做出比较合理的解释：青藏高原的隆升,不仅通过增强冬季亚洲高压（西伯利亚高压）使冬季风增强,使东亚季风区冰期气候更加干燥寒冷,而且还可以通过增强夏季亚洲低压（印度低压）,使夏季风增强、间冰期气候更加温暖湿润,从而使得中国季风区冰期－间冰期的气候变差增大。可是,柴达木盆地位于青藏高原北缘,我国西北内陆区受夏季风影响较弱,间冰期或者湿润期湿润程度的增大如何与高原隆升和季风系统的调整相联系,还有待于进一步的研究。