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Terra Nova:风尘是晚新生代青藏高原北部干旱区流域盆地的重要物源

  构造-气候控制的流域物质剥露、风化、搬运和沉积过程被盆地的碎屑或者化学沉积记录,使得陆相盆地沉积成为重建区域风化和气候变化的良好载体。但前提是物质都是来自一个流域,最好是稳定的流域。如果有风成物质从流域外输入,就必须准确识别出来和剔除才能获得可靠的气候和风化代用指标记录。细颗粒的碎屑记录(如<2微米的粘土粒级组分),因其有效规避了全岩或者粗颗粒组分易受到局部过程或者沉积相变化的影响,可提供流域风化剥蚀的综合信息。亚洲内陆干旱区在晚新生代已成为全球重要的风尘源区,该地区的细颗粒风尘物质通过西风和冬季风环流向下风方向传输,势必会成为下风向流域盆地的重要物质来源。然而对于晚新生代青藏高原北部河湖相沉积序列,如何识别风尘物质输入依然是一个具有挑战性的研究课题。

  中科院青藏高原所新生代环境团队通过对比约8-9百万年以来典型风尘物质和盆地水系沉积物的沉积速率,发现青藏高原北部水系沉积包含了相当量的风尘物质(图1);通过对比我国北方干旱区物源指标,发现Nd同位素和Th/Sc比值是区分中亚造山带和青藏高原北缘这两大风尘源区的可靠指标(图2),并据此揭示了约8-9百万年前来源于中亚造山带的风尘大量沉降在祁连山北部酒西盆地,导致Th/Sc<2微米组分)显著降低、伊利石和绿泥石含量显著升高(图3)。针对西宁盆地<2微米组分沉积物在约8-9百万年呈现出CIA(化学风化指标)和粘土矿物(伊利石和绿泥石)含量同时升高,这一难以被传统认识解释的现象(图3),研究团队进一步提出了新的风尘物质识别模型,即高Th/Sc比值、高伊利石和绿泥石含量和较低CIA的祁连山风尘物质(图4Area A)经过较长距离输送后,其CIA值由于长石等低CIA矿物不断沉降而升高。因此,当这些风尘物质大量沉积在一个相对干旱的下风向盆地后(图4Area B),CIA和伊利石和绿泥石会同时升高。研究最终揭示风尘物质是晚新生代青藏高原北部干旱区流域盆地的重要物源,并创新性提出了两种基于盆地细颗粒碎屑沉积的鉴别方法。

  研究成果近期以“Revisiting clay-sized mineral and elemental records of the silicate weathering history in the northern Tibetan Plateau during the late Cenozoic: The role of aeolian dust为题,在《Terra Nova》杂志发表(DOI:10.1111/ter.12508)。我所杨一博副研究员为第一作者和通讯作者,方小敏研究员为共同通讯作者。本研究获得中科院A类战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”(XDA20070201)、第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0707)、国家自然科学基金(41771236, 4162010400241988101-01)和中科院青促会项目的联合资助。

  全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ter.12508

不同时段青藏高原北部及邻区典型盆地水系沉积物和风尘沉积的沉积速率对比

2 Th/Sc比值和Nd同位素在中国主要沙漠和沙地及黄土高原的空间分布和对应关系

青藏高原东北部西宁、柴达木和酒西盆地粘土矿物、<2微米组分CIATh/Sc比值变化。 8-9百万年是青藏高原北部风尘活动加强时期

图4 风尘物质传输导致沉积物细颗粒呈现CIA和粘土矿物(伊利石和绿泥石)含量同时升高

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