近日，我所科研團隊在Pb同位素示蹤東亞風塵控制機制研究中取得重要進展。研究團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塵沉積記錄進行對比研究，發(fā)現(xiàn)日本海風塵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法研究員，合作者有南京大學鄒欣慶教授團隊和俄羅斯科學院遠東分院太平洋海洋研究所Sergey Gorbarenko教授團隊。

放射性成因Pb同位素廣泛應(yīng)用于全球風塵示蹤研究。風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)制約了其作為風塵示蹤指標的可靠性。當前東亞乃至全球風塵Pb同位素示蹤研究普遍依賴同位素數(shù)據(jù)的直接對比，缺少對化學風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數(shù)據(jù)，確認末次冰期（26-12 ka BP）日本海中部碎屑沉積物存在大量東亞冬季風搬運的風塵沉積。研究進一步發(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化性及其U-Pb、Th-Pb分配系數(shù)差異，認為內(nèi)陸黃土粗組分因富集耐風化且富放射性Pb的重礦物而比細組分更具放射性，海洋風塵中重礦物因風力分選作用顯著減少，其Pb同位素主要受源巖風化差異控制——細粒組分富含易風化且富集放射性Pb的副礦物風化產(chǎn)物，粗組分則以耐風化且貧放射性Pb的長英質(zhì)礦物為主。

基于Pb同位素分析結(jié)果，研究提出了東亞風塵從內(nèi)陸向遠洋傳輸?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（以日本海風塵為代表），重礦物影響顯著減弱，風力對源區(qū)風化產(chǎn)物的分選作用占主導(dǎo)地位；第三階段，在遠洋階段（以北太平洋風塵為代表），貧放射性Pb的長英質(zhì)礦物（粗組分）的優(yōu)先分離導(dǎo)致剩余細組分的Pb放射性進一步增強。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。

東亞風塵從起源到沉積過程中的礦物組成變化模式圖