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风尘是沟通地球各圈层体系的重要纽带，也是全球变化领域内重要的研究对象。开展地史时期不同时空尺度的风尘循环研究，不仅有利于理解各圈层之间的相互作用，还将为全球变化研究提供重要的地史记录和参考依据。亚洲内陆作为全球重要的风尘释放区，新生代以来，在全球气候变化和区域构造运动的双重影响下，亚洲内陆的环境格局发生了深刻的变化。保存在陆地、冰芯和海洋的风尘沉积物记录了亚洲内陆古环境演化的重要信息。相比于陆相记录，海洋记录具有分布范围广、连续性好、沉积环境稳定等诸多优势。北太平洋是研究亚洲风尘“源—汇”过程的天然实验室，北太平洋的风尘沉积物是探究亚洲风尘源区古环境演化的重要研究材料。2020年1月，国际著名地学期刊《Geology》以“Mechanism for enhanced eolian dust flux recorded in North Pacific Ocean sediments since 4.0 Ma: Aridity or humidity at dust source areas in the Asian interior? ”为题发表了南方科技大学刘青松教授团队关于北太平洋风尘沉积研究的最新成果。
南方科技大学刘青松教授团队近五年来一直从事北太平洋风尘沉积研究，团队聚焦风尘沉积物的磁性矿物记录，利用综合方法探索亚洲风尘循环的环境和生态意义。前人普遍观点认为北太平洋地区风尘通量越高，指示亚洲风尘源区越干旱，然而也有观点指出风尘通量变化与源区干旱化程度并不是简单的线性关系。为了深入探究北太平洋风尘记录对亚洲风尘源区古环境演化的指示意义，刘青松教授团队对北太平洋ODP 885A孔岩芯风尘沉积物开展了综合研究。团队利用前期基于反铁磁性矿物建立的风尘替代指标提取了ODP 885A孔岩芯4.0 Ma以来高精度和高分辨率的风尘通量演化序列（图1G），结果显示4.0 Ma以来北太平洋地区风尘通量逐渐提高，尤其是北半球冰期加强期（intensification of Northern Hemisphere glaciation, iNHG,~2.75 Ma）风尘通量快速增加。研究团队同时利用化学蚀变指数（CIA）和Rb/Sr评估了4.0 Ma以来岩芯风尘沉积物的风化程度（图1C-D）。研究发现风尘通量的高低变化明显受控于样品的风化强度。随着iNHG事件前后沉积物样品风化状态从物理风化到化学风化的转变，ODP 885A孔岩芯的风尘通量显著提升。基于此，研究提出了亚洲风尘源区在iNHG事件前后的古环境演化模型（图2）。新模型认为：在iNHG事件之前（图2A），由于亚洲内陆冰川发育规模较小，冰川活动较弱，风尘源区得不到有效的冰雪融水和碎屑颗粒的补给，源区主要以物理风化为主，化学风化过程受到抑制，导致细颗粒风尘物质的产生量偏低。因此，北太平洋深海沉积物中记录了较低的风尘通量；在iNHG事件之后（图2B），亚洲内陆高山冰川大规模发育，冰川活动增强，源区获得了大量的冰雪融水和碎屑颗粒，显著促进了化学风化过程，产生了大量的风尘颗粒，iNHG事件之后北太平洋的风尘通量明显提升。新模型认为北太平洋地区风尘通量的提高指示源区参与化学风化与风尘产生过程中水分的增加，而不是源区干旱化程度的进一步加深。新模型重新解释了海洋风尘记录的古环境指示意义，为海洋风尘沉积研究提供了新思路。
图1 ODP 885A孔岩芯4.0 Ma以来风尘沉积记录和风化指标
图2 亚洲风尘源区iNHG事件前后古环境演化新模型
文章第一作者为中科院地质与地球物理研究所张强博士，通讯作者为南方科技大学刘青松教授。研究的样品材料来自于1992年7-9月执行的大洋钻探计划（ODP，1985-2003年）第145航次。研究受国家重点研发计划（2016YFA0601903）和国家自然科学重点基金项目（41430962）资助。
原文链接：https://doi.org/10.1130/G46862.1
撰稿：张强
编辑：张钊
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