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1、专业好文档_*作者简介：于英鹏，男，1985，在读博士（学号） 。从事有机污染物城市多界面迁移研究。E- mail：末次间冰期以来沙漠边缘黄土沉积的地球化学特征末次间冰期以来沙漠边缘黄土沉积的地球化学特征初探初探于英鹏*（华东师范大学资源与环境科学学院地理系，上海 ）摘 要：沙漠边缘地区黄土磁化率的增强机制与黄土高原地区有所不同，不宜用于夏季风强度变化的重建。所以，本文尝试将黄土高原地区常用的化学风化指标：化学蚀变指数（CIA）和Rb/Sr 用于沙漠边缘地区白崖剖面夏季风演化的重建。结果显示，CIA 可以较好地反映成壤作用，因而也可以较好地反映夏季风的变化，而 Rb/Sr 受源区因素和成壤因素
2、共同作用，不能有效地指示夏季风的强度。同时，本文还选取了常见的反映粒度分选和冬季风变化的 SiO2/TiO2和Zr/Rb，结果显示，SiO2/TiO2和 Zr/Rb 能明确指示粒度分选作用和冬季风的变化。此外，Al-Ti-Zr 三角图显示，物源在不同时期存在一定的变化，在全新世和末次间冰期黄土物质混合较为均匀，表明风尘经历了较长距离的搬运和较为充分的混合过程；在末次冰期黄土物质混合程度存在明显分异，意味着部分时段物源可能较近。关键词：沙漠边缘；黄土；地球化学；物质来源 0 引言河西走廊东段祁连山北麓的山前地带覆盖有深厚的黄土沉积物，因地处青藏高原与西北内 陆荒漠交汇处，所以该地黄土为揭示青藏高
3、原隆升、区域气候变化以及沙漠演化历史提供了富 有价值的记录13。然而，沙漠边缘地区成壤作用导致磁化率增强的机制与黄土高原不同46， 可能受控于包括成壤作用在内的多种因素7,8，因此，沙漠边缘黄土磁化率在恢复夏季风强度演 化历史时存在缺陷。近年来，在黄土高原地区已经开展较多的地球化学方面的研究工作，有大 量的地球化学指标用于古气候演化过程的重建。如，陈骏等认为黄土高原地区的 Rb/Sr 值能够 反映风化强度，并与磁化率对比后认为 Rb/Sr 可以作为反映夏季风强度变化的指标911。刘连 文等根据 Zr、Rb 在不同粒径粉尘中的富集情况认为 Zr/Rb 值能够反映冬季风环流的变化，可以 作为反映黄
4、土高原冬季风变化的代用指标12；此外，通过对黄土沉积物中酸不溶物 Fe、Mg 的 化学分析，刘连文等指出酸不溶物中 Fe/Mg 值能够指示风化成壤的强度13。彭淑贞、郭正堂等 通过对粒径小于 50m 的黄土颗粒与 SiO2/Al2O3的相关性分析，发现 SiO2/Al2O3可以准确的揭 示冬季风的变化特征14。靳鹤龄应用退碱系（K2O+Na2O+ CaO）/Al2O3） 、钠钙比专业好文档_*作者简介：于英鹏，男，1985，在读博士（学号） 。从事有机污染物城市多界面迁移研究。E- mail：（Na2O/CaO） 、硅铁铝率（SiO2/(Al2O3+Fe2O3)）等化学元素的综合参数来反映气候
5、的变化15,16。 庞奖励则通过分析黄土中的 Ba/Sr、Ba/Ca 和 Sr/Ca 等发现 Ba/Sr 对古候变化的反应十分灵敏， 可作为很好的指示夏季风强度变化的代用指标17。根据 Si 和 Ti 的迁移性及其分别在粉尘粗、 细粒级中富集的特征，Liu 等将 SiO2/TiO2值（摩尔比）作为指示冬季风强度的指标，并应用于 黄土高原冬季风变化的解释18；他们还将 Nesbitt 和 Young 定义的化学蚀变指数 CIA 用作夏季 风强度的代用指标19。郭正堂等根据元素的迁移特征应用化学风化指数(CIW)来揭示末次间冰 期黄土高原夏季风的变化特征20。上述指标具有反应灵敏，意义明确的优点，
6、对于我们的气候 重建工作具有参考意义。因而，本文选择了常用的地球化学指标 （CIA、Rb/Sr、Zr/Rb、SiO2/TiO2）尝试着重建沙漠边缘地区季风演化历史并检验这些指标的可 行性。 述指标具有反应灵敏，意义明确的优点，对于我们的气候重建工作具有参考意义。因而， 本文选择了常用的地球化学指标（CIA、Rb/Sr、Zr/Rb、SiO2/TiO2）尝试着重建沙漠边缘地区季 风专业好文档演化历史并检验这些指标的可行性。 此外，相对黄土高原主体而言，祁连山北麓的黄土沉积无疑离物源更近，至少有两个潜在 的物源离祁连山北麓的黄土沉积区很近。其一，北部的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠以及干盐湖 构成了一个重
7、要的物源2,21；其二，祁连山北麓山前洪积扇也是潜在的物源22,23。因此该区黄土 沉积对物源变化的响应有可能较黄土高原主体更加灵敏。因此，本文还试图对物源在时间序列 上的变化进行探讨。1 材料与实验方法本文选择位于甘肃省武威市张义镇白崖村的白崖剖面（N37o32 E102o48，海拔约 2400m） （图 1）作为研究对象。该剖面南接祁连山，北临腾格里沙漠，距现代沙漠不足 50km，年均降 水量约 105mm，年平均气温约 7.9oC，属干旱地区3。剖面顶部为残余的全新世古土壤（S0） 厚约 1.4m。L1 厚约 29m(1.4m30.35m)，S1 厚约 5.15m（30.35m35.50
8、m） 。根据野外观察， S1 与 L2 之间有明显的界限，表明 S1 底部经受一定的侵蚀作用。因此，野外只观察到两层古土 壤，这可能与青藏高原东北缘在末次间冰期的构造抬升存在关联1。野外样品采集从剖面顶部 开始，以 5cm 为间隔连续采样，共采集样品 730 个。其中 5-6m 的样品在搬运中丢失，实际共 得 710 个样品。粒度由 Mastersizer 2000 激光粒度仪测得，共测 710 个样品。取样品约 0.2g 放 入已清洗干净且带有编号的烧杯中，加入浓度为 10%的 H2O2并煮沸（去除有机质） ，待气泡减 少至均匀沸腾时加入 10%HCL(去除碳酸盐)，继续煮至烧杯内无气泡产生
9、，停止加热，加入蒸 馏水直至烧杯满（不能溢出） ，静置 24 小时后用橡皮管抽去上层清水，加入(NaPO3)6（六偏磷 酸钠）作为分散剂，在超声波振荡器上振荡 7 分钟，最后加入激光粒度仪中测量。化学元素含 量在 Panalytical Magix PW2403 型 X 荧光光谱（XRF）仪上测得，测量的标准差约为 2%。化学 元素分析以 20cm 为间隔，共分析了 183 个样品，实验过程见 Wang 等24。所有实验均在兰州 大学西部环境教育部重点实验室完成。2 结果2.1 常量元素含量特征常量元素含量特征对于未测定的元素 XRF 仪以 CO3 给出，白崖剖面 CO3 含量在 7.84%1
10、8.9%之间，平均 为 12.50%。元素含量经公式（E(校正值)=E（测量值）/(1-CO3/100)）校正，校正后，样品中含量在 1%以 上的氧化物有 SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O。整个剖面 SiO2的含量在 55.98%66.49%之间，平均为 61.5%；Al2O3含量在 11.84%14.49%之间，平均为 13.21%；CaO 含量在 7.34%15.22%之间，平均为 10.25%；Fe2O3含量在 4.53%6.29%之间， 平均为 5.46%；MgO 含量在 2.93%4.21%之间，平均为 3.63%；K2O 含量在 2.41%2.97
11、%之 间，平均为 2.68%；Na2O 含量在 2.08%2.96%之间，平均为 2.39%。其中 SiO2、Al2O3、CaO 为主要的化学成分，三种主要元素含量总和平均为 84.96%。样品中含量在 0.1%1%的氧化物 有 TiO2、P2O5。TiO2含量在 0.62%0.82%之间，平均为 0.75%。P2O5含量在 0.15%0.2 之间， 平均为 0.17%。专业好文档图 1 研究区位置及采样点Fig.1Location of study region and sampling site表 1 和（图 2）将白崖剖面经校正的常量元素氧化物与上陆壳（UCC）主要常量元素含量 （）进行
12、了比较。表 1 常量元素含量 Tab.1 Content of major elementsUCC 的元素组成据文献25，S0，L1 和 S1 分别为对应地层的常量元素含量平均值，CIA（max）和CIA（min）分别代表风化最大值和最小值对应的常量元素含量。常量元素UCCS0L1S1CIA（Max）CIA（Min）SiO26658.7761.9259.9258.7762.41TiO20.50.780.750.780.810.76Al2O315.213.3113.1413.6814.3512.43Fe2O34.55.855.385.886.295.2MgO2.23.853.583.843.88
13、3.43CaO4.212.1710.0310.7010.6310.24Na2O3.92.482.392.302.212.96K2O3.42.582.682.732.882.41专业好文档图 2 白崖剖面常量元素与 UCC 比较 Fig.2 Comparison of major elements between the Baiya loess section and the UCC表 1 和图 2 显示，白崖剖面中 SiO2 、Al2O3含量与 UCC 较接近，CaO 的含量相对 UCC 显著富集，MgO、TiO2、Fe2O3相对 UCC 富集；Na2O、K2O 则相对 UCC 表现出较弱的亏
14、损。 Si 的化学性质相对稳定，主要以氧化物的形式存在，化学行为以迁移为主2628。L1 的 SiO2平 均含量较 S0、S1 高，风化最弱时对应的 SiO2值（62.41%）高于风化最强时的 SiO2含量（58.77%） （表 1） 。在 S0、S1、CIA(max)三个阶段，TiO2、Al2O3、Fe2O3 值均高于相对应的 L1 和 CIA(min)，说明在化学风化作用增强的时候，三种氧化物在土壤中趋于富集。不过，TiO2的变 化比 Al2O3、Fe2O3复杂（表 1） ，即 L1 的 TiO2含量比风化最弱点的 TiO2含量略低。Ca、Mg 为 较易迁移的元素，在黄土中多以碳酸盐的形式
15、存在26。在我国北方干旱半干旱地区研究表明： 土壤发育时 CaO 和 MgO 的含量相对减少（除淀积层） ，而在风沙和黄土堆积时期其含量相对增 加27,28。但是白崖剖面中 CaO 和 MgO 含量在对应于风化较强的时段富集，如 S0、S1 发育的时 段，而在风化较弱的在 L1 阶段的含量却相对减少，这与黄土高原内部 CaO 和 MgO 的迁移变化 情况形成反差2729。一方面，说明在整体风化强度不高的情况下，白崖剖面 CaO 和 MgO 的淋 溶是极其有限的；另一方面，可能暗示了在干旱的源区碳酸盐表聚作用在暖湿期增强，从而导 致沉积区黄土中碳酸盐含量也随之增加。值得注意的是，CaO 含量比
16、MgO 含量表现出更复杂 的变化规律，即 S0、L1 以及 S1 的 CaO 含量不在风化最弱点对应的 CaO 含量和风化最强点对 应的 CaO 含量之间，意味着除了风化淋溶作用，源区物质的化学组成可能是更为重要的控制因 素。从化学风化弱的 CIA(min)到化学风化强的 CIA(max)过程中，K2O 逐渐富集，而 Na2O 逐渐 亏损（图 2） ，但本研究剖面中的 K2O、Na2O 均相对 UCC 出现微弱亏损。综观白崖剖面，随着 风化作用的增强，脱 Na 富 Fe、Mg 是较为显著的变化特征。Ca 的变化规律不清。2.2 稳定元素稳定元素 Al-Ti-Zr 组合特征组合特征专业好文档图 3 白崖剖面 Al-Ti-Zr 三角图 Fig.3 T
