松嫩沙地元素和Sr-Nd同位素组成特征及其对区域粉尘物源的指示

松嫩沙地位于欧亚黄土带最东端,其物质组成的研究有利于重建松嫩平原冰期—间冰期粉尘传输路径。为此,系统采集了松嫩沙地123个河流沙和风成沙样品,对其进行分粒级的常量、微量和稀土元素以及Sr-Nd同位素组成等地球化学分析,并利用Frequentist模型进行风尘物源定量重建,探讨松嫩沙地不同区域、不同粒级组分对哈尔滨黄土的贡献及搬运路径。结果表明,松嫩沙地经历了初级的化学风化过程(<63μm、<30μm、<10μm组分CIA平均值分别为55.20、57.46、57.51),有较低的再循环历史(<63μm、<30μm、<10μm组分CIA/WIP比值的平均值为0.98、1.08、1.04)。根据不同粒度组分的元素地球化学与Sr-Nd同位素组成特征,将松嫩沙地划分为西北部和西南部两个地球化学分区。不同粒度组分地球化学组成的定量重建结果表明,这两个分区不同粒级组分(<63μm、<30μm、<10μm)对哈尔滨黄土的贡献度分别为:75.7%~88.5%、73.4%~84.9%、61.0%~89.7%(西南部)和11.5%~24.3%、15.1%~26.6%、10.3%~39%(西北部)。本研究揭示了末次冰期以来松嫩平原粉尘传输路径以西南方向为主,与冰期以西北风为主导的环流模式存在差异。

东北沙地重矿物组成及其对物源的指示

了解中国东北沙地的重矿物组成并探讨其在亚洲风尘系统研究中的作用具有重要意义。目前较少甚至缺乏的重矿物数据,这影响了对该地区风尘系统的深入理解。为分析东北沙地的重矿物组成并探究其在东北风尘系统研究中的作用,分别从浑善达克沙地(OD)、科尔沁沙地(HQ)、呼伦贝尔沙地(HL)和松嫩沙地(SN)采集了34个风成沙和河流沙样品并进行了分粒级处理(<63μm及63~125μm)。同时,从哈尔滨荒山黄土剖面采集了4个末次冰期黄土样品(<63μm),利用Frequentist模型对哈尔滨黄土物源进行了定量重建。通过范围检验、非参数Kruskal-Wallis H检验和逐步判别函数分析(DFA),选择了7种重矿物及特征指数(蓝晶石、锐钛矿、石榴子石、辉石、钛铁矿(磁性)、稳定系数W、GZi指数)作为最佳复合指标进行定量重建。结果表明,钛铁矿(磁性)为浑善达克沙地的特征矿物,磁铁矿为科尔沁沙地的特征矿物,氧化铁矿物(赤铁矿、褐铁矿)为呼伦贝尔沙地的特征矿物,氧化铁矿物(磁性)、绿帘石、角闪石和石榴子石为松嫩沙地的优势矿物;不同粒度组分的重矿物含量存在明显差异,极稳定矿物优先富集于细颗粒。哈尔滨黄土与松嫩和呼伦贝尔沙地(<63μm组分)具有相近的重矿物组成,而与浑善达克和科尔沁沙地有一定程度的差异。根据Frequentist模型,哈尔滨黄土的来源贡献依次为:松嫩沙地(44%~86%)、呼伦贝尔沙地(10%~39%)、科尔沁沙地(3%~16%)和浑善达克沙地(0~7%)。本研究突出了细颗粒沉积物的重矿物组成结合定量模型在风尘物源示踪研究中具有很好的应用前景。

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伦贝尔沙地)植被覆盖度高、沙地暴露面积小且受地形阻挡是导致其粉尘排放量受限的主要原因,而西南方向源区(主要是松嫩沙地西南区域)植被覆盖度低、沙地暴露面积大且地形平坦开阔使其粉尘排放量持续增高。应加强对松嫩沙地西南区域的生态环境治理,以改善哈尔滨地区频发的沙尘天气和日益严重的大气污染问题。对于区域沙尘天气的防治,其根本在于应重视潜在物源区的生态环境治理而非仅局限于发生区域本身。