科學家追尋晚新生代青藏高原東北部的粉塵蹤跡

　　 粉塵是地球氣候系統中的重要因子。粉塵的產生與傳輸受到區域氣候的影響，同時粉塵也會對區域與全球氣候造成反饋作用。晚新生代亞洲內陸干旱區就已經成為全球重要的粉塵源區，通過西風和冬季風環流向下風方向輸送大量粉塵物質，在合適的地貌和氣候條件下可以形成厚且連續的風塵堆積。風塵沉積物對粉塵源區和沉降區氣候變化敏感，是記錄區域古環境變化的理想載體（如黃土高原800萬年以來經典的風成紅粘土-黃土古土壤序列）。然而，晚新生代構造活動強烈的青藏高原東北部地區由于缺乏合適的沉積條件，限制了純風塵沉積的形成和保存，嚴重阻礙了人們對該區域古環境演化的認識。風力搬運的粉塵物質溶解可以改變區域水化學組成，因此通過分析過去時期區域水化學組成變化是重建區域粉塵輸入歷史的另一有效途徑。陸相盆地沉積物中的自生碳酸鹽礦物是記錄古水體化學信息的重要媒介；研究河湖相沉積物中自生碳酸鹽的地球化學或可反映區域地質歷史時期水化學組成，提供粉塵輸入的線索。

　　鑒于這一思路，中國科學院青藏高原卓越創新中心、青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升實驗室方小敏課題組聯合國內外科學家針對青藏高原東北緣西寧盆地一套精確定年的（距今1270-480萬年）晚新生代河流相沉積物序列（莫家莊剖面）開展了系統的碳酸鹽Ca-Mg-Sr元素和放射性Sr同位素地球化學研究；并將其與距西寧盆地東南方向200 km的臨夏盆地同時期一套河流相沉積序列（黑林頂剖面，距今1200-510萬年）碳酸鹽成分進行對比。研究發現：（1）西寧盆地莫家莊剖面中的自生碳酸鹽在對數Mg/Ca-Sr/Ca圖解上沿斜率為0.8的線性分布，偏離了經典方解石自生沉淀過程（prior calcite precipitation, PCP）形成的碳酸鹽組成關系，可能反映了風力搬運的粉塵物質溶解對水化學的影響，并且這種影響在860萬年之后更加強烈；（2）距今860萬年起，臨夏盆地碳酸鹽87Sr/86Sr比值開始急劇升高并最終與西寧盆地趨于一致，并且與距今700萬年之后的黃土高原典型風成紅粘土87Sr/86Sr比值相同，表明距今860萬年之后臨夏盆地水化學顯著受到粉塵影響；（3）西寧盆地莫家莊剖面整體的高87Sr/86Sr比值和碳酸鹽化學組成表明該區域至少在1270萬年前本地水化學就顯著受到粉塵影響。該研究揭示了晚新生代青藏高原東北緣不同區域受粉塵輸入影響的起始時間差異，這種差異與高原東北部階段性生長和東亞季風的階段性增強密切相關。該研究進一步揭示了晚新生代大量粉塵物質沉降青藏高原東北部山間盆地并成為水系沉積物的重要組成部分，這可能解釋了為什么六盤山以西的黃土高原西部缺乏800萬年以來連續沉積的風成紅粘土-黃土古土壤序列。

　　研究成果以Evidence for early (≥ 12.7 Ma) eolian dust impact on river chemistry in the northeastern Tibetan Plateau 為題，在Earth and Planetary Science Letter 發表。青藏高原所碩士生阮笑白為第一作者（現為法國洛林大學博士生），副研究員楊一博和研究員方小敏為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、中科院“泛第三極環境變化與綠色絲綢之路建設”先導專項、中科院對外合作重點項目和青年促進會項目的資助。

圖1 西寧盆地、臨夏盆地和黃土高原靈臺風成沉積序列位置，以及推測的中新世至上新世期間東亞冬季風和西風帶盛行位置與方向。

圖2 西寧盆地和臨夏盆地從距今約1200萬年至500萬年間的碳酸鹽和水溶鹽87Sr/86Sr比值變化，以及與黃土高原靈臺風成沉積序列碳酸鹽87Sr/86Sr比值的對比。左上角為盆地在逐漸接受粉塵物質過程中碳酸鹽87Sr/86Sr比值變化的示意圖，其中黃色箭頭代表粉塵87Sr/86Sr比值的變化趨勢，藍色箭頭代表盆地水體87Sr/86Sr比值的變化趨勢。