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新萄京娱乐app我国学者研究工作协调了海陆古环境记录矛盾

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  近日,国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者,兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室聂军胜教授及合作者在Nature
Communications发表了题为《黄河从青藏高原东北部搬运来的物质储存在黄土高原》(Loess
Plateau storage of Northeastern Tibetan Plateau-derived Yellow River
sediment)的研究论文,
首次证明不能用海洋沉积物来推断青藏高原晚新生代剥蚀强度,协调了海陆沉积物记录的晚新生代高原/山脉剥蚀强度不一致的矛盾(Nature
Communications 2015;6, Article number: 8511 doi:10.1038/ncomms9511)。

黄土高原的黄土从哪里来?黄土高原如何形成?“很难想象,黄土主要来自黄河,而非中亚沙漠。黄土高原储存了黄河从青藏高原东北部搬运来的细颗粒物质。”兰州大学资源环境学院教授聂军胜说。该研究结果近日发表在《自然—通讯》。

  海洋沉积物被广泛用来推断晚新生代高原/山脉的隆升、剥蚀和风化历史,以及隆升与气候变化的关系。这些工作的理论基础是认为从高原/山脉剥蚀的物质大部分被河流搬运到海洋并沉积下来。但是这个关键假设是否成立,很少有人探讨。黄河发源于青藏高原东北部,是目前世界上含沙量最大的河流,因此该团队以黄河为例,对这一假设进行检验。

关于黄土高原上黄土的来源,科学家曾提出多种假设,其中,“风成说”得到广泛支持,即认为其黄土物质是从中亚、蒙古等地的荒漠、戈壁吹过来的。对于黄土与黄河的关系,学术界普遍认为黄土高原的侵蚀为中游黄河提供了泥沙。“但实验结果完全相反。”聂军胜说,结果表明黄河上游物质跟黄土高原物质的地球化学特征非常相似,与黄河中游的地球化学特征有显著差异。

  文章比较了现代黄河与黄土以及中亚沙漠沉积物的地球化学性质,结果发现黄土高原黄土的地球化学特征跟黄河上游物质相似,却跟黄河中游物质显著不同,黄河中游物质反而跟下伏基岩的地球化学性质一致。此外,文章通过河流阶地和砾石层研究发现,这种格局至少从中更新世就已经开始。经过仔细分析,研究组得出结论:黄河从青藏高原搬运来的物质大部分没有到达中游,反而沉积在银川—河套地区并被冬季风搬运到了黄土高原和毛乌素沙漠西部。文章进一步发现黄河下游沉积物的地球化学特征跟上游相似,他们把下游黄河的主要物质来源归因于秦岭山脉的剥蚀,而非青藏高原的剥蚀。这一结果不但深化了对黄土高原和毛乌素沙漠形成机制的认识,同时证明了青藏高原剥蚀物质主要储存于陆地而并没有被大河输送到海洋,这对如何正确理解海洋沉积物中记录的山地隆升剥蚀过程,以及山地隆升剥蚀与晚新生代气候变化关系,具有有深远意义,并且也协调了晚新生代海陆记录的大陆剥蚀强度不一致的矛盾。此外,该研究结果对于黄河泥沙治理有参考价值。

聂军胜与兰州大学教授潘保田、南京大学教授鹿化煜及国外团队合作,比较了黄河、黄土、中亚沙漠沉积物的地球化学性质,发现黄河从青藏高原搬运来的物质大部分没有到达中游,反而沉积在银川—河套地区,并被冬季风搬运到了黄土高原和毛乌素沙漠。这一结果表明,青藏高原东北部剥蚀的物质并没有被黄河运输到海洋,而是储存在黄土高原和沙漠地区。

  文章进一步比较了上新世东亚夏季风强度和大气二氧化碳浓度的关系,发现从3.6百万年到2.6百万年前,东亚夏季风明显增强,大气二氧化碳浓度开始降低。他们提出东亚夏季风的增强可能促进了青藏高原东北部的剥蚀,为黄河的开始形成提供了驱动力。同时,剥蚀增强促进了化学风化和有机碳埋藏,造成大气二氧化碳浓度降低。另外,由剥蚀增强引起的亚洲大气粉尘含量增加导致下风向太平洋收到的粉尘通量增加,这会促进海洋藻类的生长,进而进一步降低大气二氧化碳浓度。因此,文章认为晚上新世东亚夏季风的增强应该是北半球冰期开始的一个重要驱动力。

此外,研究组还发现,黄河的出现可能跟360万年前东亚夏季风的增强有关,季风的增强和高原的隆升可能导致了青藏高原风化剥蚀加强,造成了大气中二氧化碳浓度降低,是北半球冰期开始的一个重要驱动力。

  研究组工作长期受国家自然科学基金资助。其中,聂军胜教授2013年获得自然科学基金委优秀青年基金资助(41422204),论文合作者潘保田教授和鹿化煜教授都曾经受国家杰出青年基金资助。聂军胜教授2016年将作为古地磁学者参加国际大洋钻探计划361航次,检验南半球洋流变化是控制海洋热盐循环强度的重要驱动力假设和地磁场倒转始于南半球的假设。

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