西北太平洋现代风尘特征及其物源与输运机制对比研究

发布时间：2020-05-12 22:07

【摘要】：太平洋位于东亚冬季风和西风的下风向,是亚洲内陆风尘重要的“汇”。太平洋风尘沉积记录了亚洲内陆古气候、古环境的演化历史。2014年夏季、2015年冬季以及2017年春季分别在热带西太平洋和中纬度西北太平洋收集了现代风尘沉积物,为开展海洋风尘沉积的研究提供了良好的材料。通过对西北太平洋夏季、冬季和春季风尘沉积物的沉积通量、矿物组成、常微量元素组成以及采样期间气团移动轨迹的对比分析,结合本哈姆高原T1站位500 m和2800 m水深沉积物的沉积通量、碎屑态的Sr-Nd同位素组成,以及有孔虫Nd同位素组成,本论文确定了中、低纬度西北太平洋现代风尘的物源及搬运动力,并讨论了陆源碎屑输入对海水Nd同位素组成的影响。西北太平洋不同海区、不同季节风尘的矿物组成没有系统性的差别,因此矿物组成及其形貌特征仅能作为物源的参考指标。研究区的主要矿物为石英、斜长石和伊利石,而次要矿物主要有石膏、蒙脱石、高岭石和绿泥石等,碎屑矿物粒径大多集中在2~15μm范围内,很少见大于20μm的颗粒。研究区内矿物颗粒大多呈次棱角状-次圆状,这是矿物在风力作用下长距离搬运的典型特征,这些干冷气候条件下的指示矿物表明,西北太平洋的现代风尘中的陆源碎屑主要来自亚洲内陆干旱-半干旱地区,采样区附近火山岛弧的贡献可以忽略;沉积物中一些自生组分可能由海气边界层的大气过程产生。2017年春季中纬度西北太平洋风尘主要由盛行西风从塔克拉玛干沙漠搬运而来,春季强盛的东亚冬季风也能携带少量亚洲东部沙漠(鄂尔多斯沙漠,巴丹吉林沙漠)的细粒沙尘至该地区;而低纬度西太平洋现代风尘的源区主要是鄂尔多斯沙漠,塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠的贡献相对较小,主要由东亚冬季风输运至此。根据西北太平洋现代风尘碎屑态组分微量元素Zr-Th-Sc研究所获得的风尘源区与两地区柱状沉积物在地质历史时期的物源示踪结果一致,从而证明沉积物Zr-Th-Sc含量是风尘物源识别的可靠指标。现代风尘的沉积通量受采样地点和气象条件的控制,与源区距离越远则风尘通量越低;降水和风速对风尘通量的影响较为复杂,沉降区降雨期间,湿沉降过程使长期悬浮的风尘颗粒快速沉降到海洋中,持续性降雨对空气中风尘颗粒的清除作用,使降雨后风尘通量急剧降低,而且沉降区风尘通量与源区降雨间存在延迟效应,延迟时间即为风尘物质从源区搬运到沉降区的时间。风尘通量与风速存在正消长关系,二者之间也存在一定的延迟效应。2015年T1站位的现代沉积物表现为吕宋岛火山风化剥蚀产物和亚洲沙漠风尘的两端元混合,风尘组分主要来源于鄂尔多斯沙漠(80%),仅有很少量来源于塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠(20%)。研究区沉积通量具有季节性变化,主要受季风降水和东亚冬季风强度控制。2015年西太平洋500 m水深处浮游有孔虫ε_(Nd)值没有明显的季节性变化,表明陆源碎屑输入的季节性变化对表层和中层水的影响不大。2800 m水深处的浮游有孔虫ε_(Nd)值显著增大,且表现出明显的季节性变化特征。浮游有孔虫壳体在沉降过程中Mn覆层的吸附作用导致了深水中浮游有孔虫ε_(Nd)值增大。沉积物-海水的边界交换过程是影响研究区深层水Nd同位素变化的主要原因,冬季吕宋岛边缘出现低温近底流和海底地下水排放的增多,促进了火山物质-海水的边界交换过程,从而导致研究区冬季2800 m水深处的浮游有孔虫ε_(Nd)值明显增大。
【图文】：

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图 1.1 地球系统中风尘循环与碳循环和能量循环间的关系（据 Shao et al., 2011）Figure 1.1 Links between the dust cycle (D-Cycle) with the carbon cycle (C-Cycle) and theenergy cycle (E-Cycle) in the Earth system (after Shao et al., 2011).亚洲风尘循环是影响地球气候系统的关键过程，不同尺度风尘-气候的相互作用研究一直是当前古气候研究的重点内容，科学家们针对亚洲陆地风尘开展了大量的研究工作，通过对中国黄土-古土壤序列以及风成红黏土的系统研究，重建了晚新生代以来亚洲内陆干旱化以及东亚季风演化历史，，并为青藏高原隆升及其气候、环境效应提供了重要线索（Sun, 2004; Guo et al., 2002; Ding et al.,2000）。亚洲内陆干旱-半干旱地区是仅次于撒哈拉沙漠的全球第二大风尘源区（Shao et al., 2011; Rea, 1994），根据风尘物质的 Sr-Nd 同位素组成以及粘土矿物组合特征（Seo et al., 2014; Chen et al., 2007; Shen et al., 2005），亚洲内陆风尘

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第一章绪论同位素组成，作者确定了这些深海沉积物源为亚洲内陆物质和两端元混合。在此基础上，Zhao 等（2014）采集了亚洲内陆各表层沉积物样品进行 Hf-Nd 同位素分析，通过与太平洋岩心沉尘的源汇对比发现，北太平洋中部的现代风尘以及地质历史时主要来自于塔里木-中朝克拉通上的塔克拉玛干沙漠、柴达木沙漠，而中亚造山带的风尘不能到达太平洋中部地区，仅在西北沉降。目前海洋地质学家已经普遍接受将塔克拉玛干沙漠圈定的源区。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P425.55

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