近日，我所科研團(tuán)隊在Pb同位素示蹤東亞風(fēng)塵控制機制研究中取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊基于中俄日本海聯(lián)合調(diào)查航次在大和隆起獲取的沉積巖心，并與中國黃土記錄和西太平洋風(fēng)塵沉積記錄進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)日本海風(fēng)塵Pb同位素組成與東亞內(nèi)陸黃土呈現(xiàn)不同的變化模式，提出源巖礦物不同步風(fēng)化和搬運分選雙重控制Pb同位素分異的觀點。論文以"Contrasting Mechanisms Controlling Pb Isotopes of Dust in Inland and Marine Archives"為題，發(fā)表于地學(xué)領(lǐng)域NI指數(shù)期刊《Geophysical Research Letters》。論文第一作者為我所博士研究生豆汝席，通訊作者為鄒建軍研究員和石學(xué)法研究員，合作者有南京大學(xué)鄒欣慶教授團(tuán)隊和俄羅斯科學(xué)院遠(yuǎn)東分院太平洋海洋研究所Sergey Gorbarenko教授團(tuán)隊。

放射性成因Pb同位素廣泛應(yīng)用于全球風(fēng)塵示蹤研究。風(fēng)塵搬運過程中的粒徑分選和礦物組成變化會顯著改變Pb同位素信號，這一效應(yīng)制約了其作為風(fēng)塵示蹤指標(biāo)的可靠性。當(dāng)前東亞乃至全球風(fēng)塵Pb同位素示蹤研究普遍依賴同位素數(shù)據(jù)的直接對比，缺少對化學(xué)風(fēng)化和搬運分選過程中的礦物分異的關(guān)注。

該研究通過對位于日本海中部大和隆起上的LV53-19沉積巖心開展系統(tǒng)的粒度分級研究（<2 μm、2-16 μm、16-30 μm和30-63 μm），并結(jié)合Pb-Nd同位素與元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)，確認(rèn)末次冰期（26-12 ka BP）日本海中部碎屑沉積物存在大量東亞冬季風(fēng)搬運的風(fēng)塵沉積。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，不同粒徑組分的Pb同位素組成呈現(xiàn)隨粒徑增大而放射性降低的趨勢，這一趨勢與內(nèi)陸黃土記錄相反。為闡明這一差異，研究深入分析了常見礦物的耐風(fēng)化性及其U-Pb、Th-Pb分配系數(shù)差異，認(rèn)為內(nèi)陸黃土粗組分因富集耐風(fēng)化且富放射性Pb的重礦物而比細(xì)組分更具放射性，海洋風(fēng)塵中重礦物因風(fēng)力分選作用顯著減少，其Pb同位素主要受源巖風(fēng)化差異控制——細(xì)粒組分富含易風(fēng)化且富集放射性Pb的副礦物風(fēng)化產(chǎn)物，粗組分則以耐風(fēng)化且貧放射性Pb的長英質(zhì)礦物為主。

基于Pb同位素分析結(jié)果，研究提出了東亞風(fēng)塵從內(nèi)陸向遠(yuǎn)洋傳輸?shù)娜A段模式：第一階段，在內(nèi)陸階段（以東亞黃土為代表），重礦物的滯留導(dǎo)致粗組分中富集放射性較強的Pb同位素；第二階段，在跨海傳輸階段（以日本海風(fēng)塵為代表），重礦物影響顯著減弱，風(fēng)力對源區(qū)風(fēng)化產(chǎn)物的分選作用占主導(dǎo)地位；第三階段，在遠(yuǎn)洋階段（以北太平洋風(fēng)塵為代表），貧放射性Pb的長英質(zhì)礦物（粗組分）的優(yōu)先分離導(dǎo)致剩余細(xì)組分的Pb放射性進(jìn)一步增強。該傳輸模式合理解釋了東亞黃土、日本海及北太平洋沉積物的Pb同位素組成差異，并指出至少在末次冰期，格陵蘭風(fēng)塵中應(yīng)存在顯著比例的非亞洲來源組分。這一發(fā)現(xiàn)對理解全球風(fēng)塵源-匯過程及其Pb同位素分異機制具有重要意義。

該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、嶗山實驗室創(chuàng)新項目等資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024GL114133。

東亞風(fēng)塵從起源到沉積過程中的礦物組成變化模式圖