风尘体系研究现状

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本文作者：陈骏作者单位：表生地球化学教育部重点实验室

环境变化的风尘沉积物替代性指标

黄土的风成成因已经得到证实［1］，而黄土地层以下的红粘土的成因也随着研究的深入获得比较一致的认识，即红粘土为风成成因［24～27］。在黄土环境研究的常用指标中，有的在运用到红粘土中得到较好的效果，如游离铁／总铁比值［28］、粘土矿物等，但也有指示意义不明确的指标，最典型的就是红粘土中的磁化率。因此，在以后红粘土的研究中，还需进一步提取环境意义明确的指标，这部分的工作目前正在进行。在此，我们把在黄土和红粘土研究中的一些较新的代用指标作一评述。主要包括物理参数指标、矿物指标、元素地球化学指标、有机地球化学指标和同位素地球化学指标。

1物理指标

1)粒度

粒度较早运用到黄土环境研究中，平均粒径的变化指示了冬季风强弱。随着研究的深入，研究者都指出了粒度指标应用于环境研究中的不足，但这也促使了对粒度指标进一步的研究。较早的研究中，发现了不同粒级组分有不同的古气候意义，洛川剖面S2上的粒度分析显示，8μm，30μm和74μm是重要的分界线，大于30μm颗粒含量是东亚冬季风变化的较好的代用指标［29］。通过对黄土高原西北－东南断面上3个黄土剖面的粒度测量［30］，结果表明不同粒级组分的古气候意义不同，各粒级组分界限随研究地区不同而发生变化，从黄土粒度组成中可以分离出具有全球和区域古气候意义的颗粒组分，较粗颗粒含量与东亚冬季风强度变化呈正相关，具有全球意义。对黄土粒度分布研究［31］表明，黄土粒度分布由分布峰度较高、分选较好的粗粒组分和分布峰度较低、分选较差的细粒组分叠加组成；粗粒组分代表了冬季风近距离低空搬运的粉尘，其粒度指示了东亚冬季风近地面气流的强度，在全样中的含量反映了冬季风粉尘的沉积通量；细粒组分为常态存在的、由高空气流搬运的远源粉尘，代表黄土高原原始粉尘的本底，粒度特征与北太平洋粉尘一致，指示由西风带控制的高空气流的强度。而对黄土－古土壤中的超细颗粒（平均0．4μm）研究［32］表明，超细粒组分的形成与成壤作用有关。由于石英不受后期成壤作用影响，对黄土中石英粒度的研究表明［33］，其反映了原始风尘的粒度组成，因而石英的粒度组成反映冬季风的强度。而丁仲礼等［34］对沙漠边缘黄土剖面的研究，发现沙漠进退是控制黄土沉积中砂粒含量变化的一个重要因素，因而提出用沙漠－黄土过渡带风尘沉积中砂粒百分含量变化作为指示沙漠进退的一个指标。运用此指标，发现了3．6Ma以来毛乌素沙地在2．6、1．1和0．6Ma前后三次扩张［35］。还有研究定义了风化指数Gw［36］，即不同成壤强度样品的全岩－石英粒度中值粒径差值，此值越大，风化强度愈强。

2)颜色

不同气候带的土壤具有不同的颜色，基于此，有研究尝试用黄土的颜色变化来反映温度的变化。研究发现，红光亮度与反射光亮度比值的变化与磁化率和粒度的变化有很好的对应关系：值越高，样品的颜色越红，说明红光／反射光比值是一个反映温度变化的代用指标［37］。之后，有研究建立了红土亮度指标［38］，亮度值的计算公式为：Y＝0．1770R＋0．8124G＋0．0106B。式中R、G和B分别为红色、绿色和蓝色激发值。应用此指标反映了西峰赵家川剖面气候条件和地下水作用的状况。白度参数也较好反映了黄土的古气候变化，其机制是风化成壤作用导致细粒级铁氧化物含量的增高，使得白度值降低［39］。

2矿物组成指标

1)粘土矿物

作为黄土中重要的矿物之一，粘土矿物的研究并未停滞。伊利石的结晶度反映出黄土的物质来源，并揭示了古环境的演变［40，41］；后续对三趾马红土的粘土矿物研究结果［42］，支持了伊利石结晶度作为风化成壤强度指标的结论。云母／绿泥石比值在黄土和古土壤中随粒级的减小而增大，成为判断夏季风强度的代用指标［40］。而w（绿泥石＋高岭石）／w（伊利石）比值也是夏季风变化的代用指标，与磁化率变化十分相近，其原因在于绿泥石受到化学风化，铁释放出来，形成纳米级的铁氧化物，导致磁化率值升高，透射电镜（TEM）分析提供了绿泥石风化和强磁性矿物形成之间的成因证据［43］。还有对少见的粘土矿物坡缕石的研究［44］，在3．6Ma以前灵台红粘土中存有的大量自生坡缕石指示了强蒸发的干旱环境。

2)铁氧化物矿物

在元素地球化学指标中，游离铁／总铁是一个反映风化成壤作用强度的指标，但随着成壤强度的变化，其中铁氧化物矿物的相变如何进行，即具体得到不同铁氧化物矿物的含量较为困难。通过漫反射光谱法（DRS）来研究黄土中的赤铁矿和针铁矿，建立反映赤铁矿和针铁矿含量的校准方程，可以得到赤铁矿和针铁矿的含量［45］。赤铁矿／针铁矿比值可作为东亚季风干／湿变化的敏感指标，高值反映了干燥环境，低值指示湿润环境。采用此比值对南京下蜀黄土的研究［46］，结合其它多指标很好地反映了50万年来长江下游地区环境的演化。最近对热带地区温度相对恒定、降水变化明显的连续剖面的测试表明［47］，随着降水量的增加，赤铁矿含量和磁化率的值均降低，而针铁矿含量增加，其机理在于降水量增加促使赤铁矿和磁赤铁矿转变为针铁矿。这些结果为应用铁氧化物矿物研究风尘环境变化提供了依据。除以上矿物指标外，还有应用盐类矿物对风尘沉积物的研究［48］。因此，不论是矿物含量的变化，还是矿物的相变，都能较好反映风尘物质堆积区的环境演化。

3元素地球化学指标

事实上，黄土中的元素地球化学指标非常多，但引起元素变化的因素复杂，应用时需谨慎。对黄土样品的连续提取实验［49］为应用元素地球化学指标重建环境变化提供了新的技术方法，连续提取将元素分为水可溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态、有机物结合态和残留态，不同元素存在的相态明显不同，如：K和Rb等元素，主要赋存于残留态中，而Ca、Sr等元素主要赋存于碳酸盐结合态和残留态中，Rb／Sr值指示了黄土和古土壤遭受的淋溶程度，是夏季风强度变化的替代性指标。早期的研究［50］表明Rb／Sr比值为揭示夏季风变迁的替代指标。黄土中Rb、Sr含量在不同粒级和不同相态中分布的进一步研究，表明Rb／Sr值变化在轨道时间尺度上反映了互为消长的冬季风和夏季风变化，洛川剖面2．6Ma以来Sr含量演化趋势证实了高纬度冰盖生长与东亚季风强度之间的耦合关系，而Rb含量反映成壤作用对磁化率升高有贡献［51］。酸溶实验［52］证明1mol／L的醋酸溶液能够很好溶解黄土－古土壤中的碳酸盐，而对硅酸盐矿物基本不溶解。淋溶液中的Ca、Mg、Sr、Mn含量能和磁化率曲线很好对应，表明它们是良好的代用指标。在寻找一个不受风力分选作用影响的化学风化指标时，发现黄土中酸不溶物的Fe／Mg比值直接可以指示风化成壤强度，风力分选作用使Fe、Mg含量趋向于在细粒级中富集，而在夏季风控制的风化成壤作用中，Fe和Mg发生分离，Fe在风化剖面中残留，而Mg却被淋失，因而Fe／Mg比值可以指示成壤强度［53］。专门针对黄土中酸不溶物的元素的研究［54］，表明（CaO＋MgO＋Na2O）／TiO2比值对气候条件变化具有相对较高的敏感性，且受沉积速率的影响较小，在源区风化状况相对稳定的前提下，（CaO＋MgO＋Na2O）／TiO2比值能很好反映夏季风的变化。通过对分粒级的元素含量测试［55］，发现在小于50μm的各粒级样品SiO2／Al2O3值与粒度呈明显正相关，累积含量占全岩98％以上，全岩样品SiO2／Al2O3值无论在黄土中还是在古土壤中基本上反映了原始风尘颗粒大小，因此，SiO2／Al2O3值为很好的冬季风强度替代指标。国内较早应用电子顺磁共振（EPR）法对黄土进行研究［56］，发现黄土中Mn2＋的EPR信号可能是一种反映东亚夏季风变化的代用指标。Mn2＋主要赋存于碳酸盐矿物中，黄土中有Mn2＋信号，而古土壤中没有Mn2＋，表明黄土－古土壤是处于还原－氧化交替的环境中，EPR波谱信号可以用来反演古环境［57］。在蜗牛壳中应用EPR波谱信号［58］，发现黄土层中蜗牛壳的信号强度大于古土壤，即黄土中蜗牛壳所含的Mn2＋远大于古土壤中的蜗牛壳的Mn2＋的含量，反映出前者在比较还原的条件，而后者处于氧化性较高的环境。蜗牛壳中Mn2＋的含量反映其生长环境中Mn2＋的含量和氧化还原条件，指示古气候环境。

4有机地球化学指标

近十余年的黄土有机地球化学研究发展较快，除了对生物化石有机碳、氧同位素研究外，新开拓了有机分子地球化学、氮同位素以及有机元素地球化学方面的研究。

1)生物化石

植物硅酸体是黄土环境研究中的一个重要的指标［59～61］。主要是基于植硅体的类型组合与植被的关系，进而反演气候环境［62］。最近对不同科属植硅体的形态特征研究将植硅体指标的应用推向深入［63，64］。蜗牛化石较早在黄土环境研究中得到运用。进入新世纪以来，对蜗牛化石的研究朝着定量化方向发展，包括特征种属的出现、分布、丰度及最佳生存条件等。在红粘土中这些蜗牛化石为原生生物群落，反映了当时沉积的环境，蜗牛化石的组成（生物群落）和蜗牛化石的生物量（个体总数），都是古环境演化的代用指标［65，66］。而秦安中新世黄土－古土壤序列中的蜗牛化石可分为冷干和温湿两个生态类群，其中Metodonitia类和athaica类的种类演化为环境变化的敏感指标［67］。此外，由于蜗牛化石氧同位素分馏的因素，使得蜗牛化石氧同位素可能应用于夏季风强度变化的研究中［68，69］。

2)有机分子化石

在国内，早期通过兰州九洲台黄土剖面的分子化石中烷烃指标的研究表明［70］原地源的正构烷烃分布反映出末次间冰期以来发育的是草原植被景观，全新世最暖期可能有一定的木本植物，末次冰期可能出现了荒漠（草原）植被，这个结果与较早植物硅酸体证据相吻合［61］。研究还显示，温度变化在黄土高原的C4植物演化中起到重要作用［71］。由于植物叶蜡正构烷烃组分能在地质体中长久保存，并能记录历史时期植被变化特征，对古土壤中的正构烷烃进行了分析［72，73］，结果显示黄土高原植被的植物叶蜡组分变化响应于气候环境的变化，正构烷烃显示3．3Ma木本植物减少，草本植物增加，可能指示了晚新生代3．5Ma左右的中国内陆的干旱化。对分子化石中的α－正构脂肪酮的研究显示，α－正构脂肪酮虽远不如其它脂肪族化合物普遍，但其广泛分布于地质体中，是在成岩／成土过程中形成［74］。α－正构脂肪酮的碳优势指数（CPI值）能够反映出中国南方红土层中的旋回性变化，亦即随着成土作用的增强，CPI值呈现降低。因此，古土壤脂肪酮CPI值可揭示受气候驱动的微生物作用，进而反映古气候的变化。通过对洛川剖面S4古土壤及相邻L5，L4部分黄土样品的分子化石的检测，发现了正构烷烃平均碳链长度（ACL）与磁化率和粒度之间存在良好的正相关性，土壤形成期间ACL值较大，在黄土堆积阶段，ACL值较小，因此通过ACL可反映古环境的变化［75］。

3)有机氮同位素

黄土高原中西部不同环境下现代植物和相应土壤氮同位素的研究表明，土壤与植物有相近的变化趋势，但土壤的氮同位素组成较植物根的氮同位素要偏正，即植物分解过程中氮同位素存在分馏；氮同位素对降水和温度变化有明显的响应，在沿西北到东南方向，年平均降水每增加100mm可能导致土壤氮同位素组成偏负约1．31‰，随温度的增加，土壤氮同位素也趋向偏负；在降水和温度共同增加的影响下，植物根系、植物残体和土壤的氮同位素偏负，认为降水是该地区植物－土壤氮同位素变化的主要控制因素［76］。

4)有机元素地球化学

将TOC、TN、C／N指标应用到黄土研究中，结果表明黄土中TOC、TN和C／N比值与磁化率良好对应，古土壤层的TOC和TN含量及C／N比值相对黄土层偏高，而TN含量值波动很小，认为C／N比值在黄土高原地区主要反映上覆植被TOC的输入，即指示上覆植物生物量的大小［77］。除了以上有机地球化学方面的研究外，黄土中植物碳屑的研究也取得了进展。通过23种现代植物碳屑的观察、测量［78］，发现根据现代植物碳屑形态的长宽比（L／W）和形态特征可分为3个类型，草本型碳屑，L／W最大，平均10．2±1．3；木本型碳屑（灌木＋乔木），L／W较小，平均3．1±0．2；阔叶类植物叶片碳屑，L／W最小，平均1．7±0．1。通过黄土高原渭南剖面S1以来12个地层样品的碳屑形态的分析，表明碳屑形态是古生态类型的良好指标。此外，关于C4植物的扩长和收缩的原因一直是争论的焦点，通过对黄土高原最后两次冰期－间冰期转换期间正构烷烃碳同位素的测试研究表明δ13C偏负［72］（C4植物丰度的降低）。尽管当时黄土高原pCO2较低和干旱度增加，但温度降低是主要因素。当然，湿度在黄土高原北部的C4植物丰度变化中有时也起到重要作用［79］。

5同位素地球化学指标

相比地球化学元素，同位素有更好的示踪效果，其气候环境意义也较为明确。

1)碳氧同位素

碳酸盐作为黄土的重要组成部分，一直为研究者孜孜不倦的研究对象，碳酸盐中碳、氧稳定同位素，也一直为研究者感兴趣。早期建立了次生碳酸盐δ18O值与古土壤形成时的古温度的线性关系，利用土壤碳酸盐碳同位素值估算了土壤C3和C4植物相对生物量，土壤碳酸盐δ13C值与土壤形成时干燥度具有数量关系［15，80］。对现代植物和表层土壤中植物硅酸体碳同位素的研究发现C3、C4植物硅酸体的碳同位素值与C3，C4植物的碳同位素值具很好的对应关系，植物硅酸体的碳同位素可以明确区分出植物的光合作用途径，这表明植物硅酸体的碳同位素同样具有指示气候环境的意义［81］。最近通过对中国典型干旱区表土分粒级样品的碳氧同位素测试［82］，发现随着粒级的减小，氧同位素逐渐偏正，碳同位素逐渐偏负，认为细粒组分中次生碳酸盐相对比例大，粗粒组分中原生碳酸盐相对占优势，次生碳酸盐氧同位素可能受蒸发的控制，碳同位素更多受植被的影响，因此，干旱区表土细粒组分碳酸盐能更好反映成壤过程中次生碳酸盐形成时期的气候环境信息。

2)锶同位素

对黄土中的Sr同位素有较深入研究，通过酸溶的对比实验［83］，提取出了黄土中碳酸盐组分，得到黄土中碳酸盐组分Sr同位素的变化，在黄土碳酸盐－弱成壤碳酸盐－古土壤碳酸盐－纯次生碳酸盐中87Sr／86Sr依次升高。而对黄土酸不溶物中的87Sr／86Sr比值的测试发现在洛川剖面中古土壤中酸不溶物的87Sr／86Sr值高于黄土层［84］。酸溶的碳酸盐及酸不溶物中的87Sr／86Sr比值变化的机理为：黄土层碳酸盐大多为原生碎屑成因，为海相碳酸盐，其87Sr／86Sr值较低，弱成壤至古土壤层碳酸盐逐步转为次生，经过淋溶作用硅酸盐组分高87Sr／86Sr值转移到次生碳酸盐中，导致形成的次生碳酸盐87Sr／86Sr值升高；而酸不溶物中随着成壤作用的加强，碳酸盐组分的淋失，其87Sr／86Sr值也逐步升高。所以无论是碳酸盐组分，还是酸不溶物中的87Sr／86Sr值变化，都反映了风化成壤作用强度的变化，可成为风尘沉积的环境替代性指标。

风尘沉积物源的示踪

对风尘沉积物源示踪可以揭示风成沉积物产生和搬运的机制，预测风尘的环境效应，指导当今的沙尘治理。在目前的风尘物源研究中，黄土高原黄土的物源确认、长距离亚洲风尘的传输搬运过程、物源区物质的变化与气候长期变化、青藏高原隆升，以及现代风尘物质来源的准确判断，都是热点问题。比如：黄土高原的黄土很可能来自于祁连山和戈壁阿尔泰山之间的干旱区［85～87］；北太平洋沉积物和格陵兰冰芯中有亚洲风尘物质的输入［88，89］；北京现代风尘物源与地质时期有较大的差别［90］等。目前，风尘物源示踪中，运用到的地球化学指标包括矿物特征、元素、同位素和单矿物地球化学等。

1矿物特征

基于黄土中粘土矿物伊利石类型和结晶度的研究［40］，得到黄土高原黄土伊利石来源于青藏高原北缘低变质岩体系的认识。不同研究者对碳酸盐矿物的研究发现，潜在源区沉积物和现代沙尘中的碳酸盐含量变化很大，可以作为潜在物源示踪的指标［91～93］。虽然碳酸盐矿物在分粒级过程中易粉碎细化，但基于全粒级的含量分析可以根据粒度效应进行估算。研究人员利用XRD得到的矿物相对含量，建立了最强衍射峰方解石／石英、白云石／石英比值来示踪物源［85］，源区方解石／石英最强峰比值大于0．05，白云石／石英最强峰比值大于0．02，满足黄土高原黄土碳酸盐矿物含量特征，基于此得到塔里木、祁连山山麓和阿拉善干旱区的物质是黄土高原黄土潜在物源的认识。此外，还有研究采用伊利石／高岭石和高岭石／绿泥石比值研究中国北方大气悬浮物的物源，取得了较好的结果［94］。

2元素地球化学

地表物质被剥蚀后，通过搬运、传输，最终在适合的区域沉积下来，之后经过表生的地球化学作用。在这一系列过程中，不同元素表现各自的地球化学行为，尽管如此，研究者还是寻找到能示踪物源的元素特征。通过对佳县红粘土的主量、微量和稀土元素的分析表明其与晚更新世的黄土物质组成一致，指出红粘土为风成成因，红粘土和黄土在沉积之前都经过了多次的混合，而红粘土与黄土在L1－S1地层元素组成的相似性，表明在5．0Ma以前的物源区的环境基本稳定［25］。基于矿物、同位素和元素比值（Eu／Yb，Eu／Eu＊）等的研究，认为西北三大盆地（准噶尔、塔里木和柴达木盆地）不是黄土高原黄土的物源区，蒙古国南部和紧邻的戈壁、沙漠，包括巴丹吉林、腾格里、乌兰布和、库布齐和毛乌素沙漠是黄土的主要物源区，且这些戈壁和沙漠只是粉尘和粉砂的中转地，并非物源产生地，戈壁阿尔泰山和祁连山的高山过程产生的物质才是黄土的物源［87］。通过对黄土和沙漠样品元素特征的深入研究［95］，选定一些能反映源区特征的元素对比值，包括Ti／Al，Ti／Nb，Zr／Hf，Ti／Zr，Al／Na，Ba／Sr，K／Na，Rb／Sr，Th／Pb，Nb／Zr，Th／Co和Mg／Ca，认为在末次冰期旋回中，来自黄土高原不同剖面与黄土高原西北巴丹吉林沙漠剖面的样品的特征元素比值存在明显的不同，基于现代沙尘暴研究的结果，认为黄土高原的黄土物质来源于祁连山南麓富集粉砂质的山前冲积扇。采自2004年7月至2006年4月帕米尔高原慕士塔格山上的气溶胶样品的主量元素的比值Ca／Al（～0．7）和Fe／Al（～0．7）与其它地方样品的不同，因而可能作为源区示踪指标［96］。La／Th（平均2．30～2．36）和Th／U（平均2．75～3．11）为典型的风尘沉积物，具有富轻稀土，贫重稀土，负铕异常。采集的样品元素比值高度的均一性表明区域粉尘得到了充分混合，而与同属西风影响的中天山采集的样品元素比值差别明显，表明二者物源不同。此结果揭示在亚洲内陆干旱区粉尘的物源存在不同地点至区域的差别，为基于亚洲风尘的观察建立气候模型提供了限制条件。

3同位素

在物源示踪研究中，同位素由于其稳定性，一般不易在表生地球化学作用过程中发生改变，因而成为良好的示踪指标。应用到风尘系统中的同位素包括Nd、Sr、Pb、Hf和Os等同位素，目前应用最广的是Nd－Sr同位素，Pb、Hf、Os等正在尝试中。

1)Nd－Sr同位素

Liu等［97，98］较早在国内运用Nd－Sr同位素探讨黄土的物源，其结果认为塔克拉玛干沙漠是黄土的重要源区。之后，运用Nd－Sr同位素研究8Ma以来红粘土－黄土的Nd、Sr同位素的变化，发现在2．58Ma前Nd和Sr同位素均发生明显的降低，指示当时气候变冷，晚新生代的构造抬升及冰川对年轻造山带的磨蚀，导致物源的变化［99］。对灵台剖面～7Ma以来的Nd－Sr同位素研究表明，εNd（0）在7Ma以来保持稳定，指示红粘土和黄土的物源一致，酸不溶物Sr同位素揭示冬季风在百万年时间尺度上的变化［100］。对更多的Sr－Nd同位素数据分析后认为，塔里木盆地、内蒙古中西部沙漠、青藏高原是黄土的主要源区［101］。研究者系统采集了中国10个主要沙漠或沙地样品［102］，以及在黄土高原西峰、环县和洛川剖面采集了马兰黄土样品，通过选择合适的粒级和样品处理方法，对样品酸不溶物进行了Nd和Sr同位素组成的测定，结果表明，中国沙漠的Nd同位素组成εNd（0）可分为A1：古尔班通古特沙漠、呼伦贝尔沙地（－1．2～－4．0）；A2：浑善达克沙地、科尔沁沙地（－4．4～－7．0）；B：塔克拉玛干沙漠、柴达木沙漠、阿拉善高原（巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠）；（－7．4～－11．7）；以及C：鄂尔多斯高原（毛乌素沙漠和库布齐沙漠）（－11．8～－17．2）；基于此，认为黄土高原黄土物质可能最终来源于青藏高原东北缘。有研究把潜在源区样品分为小于75μm和小于5μm两个粒级［85］，粒度效应主要体现在小于2μm粒级，其87Sr／86Sr比值比全粒级高出一般不超过0．006，其余粒级Sr同位素组成与全岩相当．黄土小于2μm组分含量小于15％，Sr含量是其它粒级的2／3左右。在极端情况下，小于2μm含量变化范围为0～15％，粒度变化对黄土硅酸盐组分87Sr／86Sr比值的影响小于0．001，远小于潜在源区物质Sr同位素的变化范围，因而对Sr同位素物源示踪影响不大。通过对黄土高原中西部和东部的Sr－Nd同位素的测定［103］，认为黄土高原内部两个区域的物质来源存在差异。最近对黄土高原黄土、河西走廊和青藏高原东北部黄土、河床沙和湖泥样的Nd－Sr同位素测试［104］，表明青藏高原东北部、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠可能是黄土高原黄土的源区，而黄土高原黄土、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠里沙漠物质可能最终都来源于青藏高原东北部。进一步对中国各地黄土进行的测试，发现中国北方从西到东9个剖面黄土的Nd－Sr同位素组成在冰期－间冰期尺度上相对稳定，中国北方黄土Nd－Sr同位素组成区域特征明显［86，105］，这一点也与已有的结果一致［102］。黄土与潜在源区Nd－Sr同位素对比［85，86］指示中国黄土均来自其上风向临近干旱区，具有近源性，与黄土含大量粉砂粒级相一致，所揭示的风尘搬运路线与地面盛行风向一致。伊犁黄土与天山剥蚀物类似；塔里木盆地和准格尔盆地南缘黄土分别来自塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特沙漠；青藏高原三江源黄土来自本地沙区；祁连东南缘黄土来自柴达木和祁连山南麓；河西走廊黄土与祁连山北麓冲积物一致；陕甘黄土高原黄土来自其西北上风向祁连山与戈壁阿尔泰山之间的广袤干旱区；山西黄土物源与陕甘黄土接近，并在搬运过程中叠加了邻近上风向鄂尔多斯干旱区少量物质；东北黄土与浑善达克沙地和科尔沁沙地物质特征接近；北京黄土处于山西黄土和东北黄土之间，物源为此两处黄土物源的混合。

2)其它同位素

除Nd－Sr同位素外，Pb同位素应用于物源研究中的报道较多，Hf同位素的应用在国外有报道［106，107］，而国内还没有。Os同位素的应用情况和Hf一样，在国外有应用。此外，也有应用碳酸盐稳定碳氧同位素进行风尘物源示踪的研究［92］。对中国北方沙尘源区风成沙的Pb同位素的研究表明，中国北方沙尘源区风成沙Pb同位素的空间分布具有明显的区域差异［108］，毛乌素沙地具有最低的206Pb／204Pb、207Pb／204Pb和208Pb／204Pb值，塔克拉玛干沙漠具有最大的206Pb／204Pb、207Pb／204Pb和208Pb／204Pb值，其它地区介于两者之间。Pb同位素在中国北方黄土、格陵兰冰芯粉尘和北太平洋深海沉积物源区示踪方面具有较好的应用。对黄土高原泾川剖面风尘物硅酸盐组分Pb同位素的测试表明，新近纪红粘土和第四纪风尘沉积物有差别［109］，再次证实了运用Nd－Sr同位素得到的结果，即2．6Ma前后的物源发生了变化。此外，对浑善达克沙地末次盛冰期以来的样品进行测试时，应用了Hf同位素进行示踪［110］（具体内容详见后面的单矿物地球化学中）。

3)单矿物地球化学

近年来，单颗粒锆石U－Pb定年技术发展迅速，应用到各类沉积物的物源示踪。锆石在表生循环中非常稳定，U－Pb同位素体系较为封闭，物源指示意义明确。单颗粒锆石U－Pb定年示踪技术主要通过测试和对比沉积物与潜在源区物质锆石颗粒的年龄分布谱，从而圈定源区。研究发现中国北方数个沙漠之间锆石年龄谱差异明显，具有区分各潜在风尘源区的能力［110］。通过对浑善达克沙地末次冰盛期（LGM）以来沙样的碎屑锆石原位U－Pb年龄和Hf同位素组成的分析，并与周围可能源区的岩石年龄和Hf同位素组成进行对比，发现浑善达克沙样的U－Pb年龄主要可以分为3组（2．6～2．3Ga，2．2～1．6Ga和显生宙100～500Ma）。其中较老的两组和具有负εHf（t）值的显生宙锆石可能来源于华北克拉通北部的燕山褶皱带，而具有正εHf（t）值的显生宙锆石可能来源于中亚造山带东部。碳酸盐矿物中的元素组成也具有示踪物源的功能。通过电子探针测试［86］表明，黄土和潜在源区碎屑方解石中Mn含量很高，碎屑碳酸盐风化溶解释放出的Mn2＋在氧化条件下迅速沉淀，导致次生碳酸盐中几乎不含Mn，Mg与Mn的情况类似。黄土原生碳酸盐Mg／Ca和Mn／Ca比值较高，次生碳酸盐Mg／Ca和Mn／Ca比值趋近于零，Mg／Ca和Mn／Ca的高比值指向原始风尘成分，而只有祁连山麓和阿拉善高原干旱区的碳酸盐Mg／Ca和Mn／Ca比值能达到黄土原生碳酸盐中Mg／Ca和Mn／Ca比值。对中国北方沙漠中石英的δ18O值的研究表明，其值存在明显差异，有变质成因，有岩浆成因［111］。石英的δ18O值的区域差异是由于不同沙源造成，因而具有示踪功能。对中国北方和蒙古南部的9个戈壁、沙漠石英进行了电子自旋信号强度和结晶度的研究，发现两个指标能有效区分不同戈壁、沙漠的石英样品，是物源示踪的良好指标［112］。两个指标揭示出塔克拉玛干、古尔班通古特、巴丹吉林、腾格里沙漠和蒙古南部戈壁的细粒碎屑物质来源于附近构造抬升风化和冰川磨蚀的高山过程；毛乌素沙漠细粒物质来源于下伏鄂尔多斯高原剥蚀的物质；库布齐沙漠细粒物质则来源于黄河中游河床物质；浑善达克和科尔沁沙地的细粒物质来源于远源沙漠和（或）临近的大兴安岭剥蚀物质的混合。利用黄土中白云石的碳氧同位素组成也能很好示踪物源［85］。前述已提及，通过碳酸盐含量，特别是白云石含量可进行黄土高原的物源限定，而通过白云石碳氧同位素可进一步缩小黄土高原黄土的物源区，结果显示，黄土高原黄土的物源区限定为塔里木、祁连山山麓和阿拉善干旱区。

展望

前述总结了新世纪以来亚洲风尘系统地球化学研究的进展。总体上，从风尘沉积揭示的古环境演化方面有很多新发现，对矿物在表生循环中的变化有新的认识，揭示了各种矿物中元素的地球化学行为；对特定的矿物研究，如铁氧化物的研究，也有新的认识；有机地球化学展示出新的活力，无论是从有机碳、氮同位素的研究，还是从生物化石、分子化石的研究，显示出很大的潜力。在风尘物源示踪方面，新方法、成果不断涌现，各种认识、观点不断碰撞，呈现良好的发展态势。展望未来，揭示风尘沉积的古环境变化研究需要地球化学强有力的支持。地球化学气候指标的环境指示意义需要从矿物学、元素地球化学、生物活动影响等方面进行深入的研究，找到各种影响因素，评价主导因素，并尽可能建立定量化的关系。在这方面，分子化石方向的研究值得期待。从目前发展来看，找到新的环境变化替代指标远远不能满足当前研究的需要，建立各种指标与气候参数，如降水、气温、干燥度、风力强度等的定量关系成为发展趋势。红粘土的研究是风尘研究中的重要内容，红粘土虽然也为风尘沉积，但其性质与黄土有一定差别，目前的研究得到了一些新的代用指标，但这仍显不够，因此，针对红粘土的代用指标有待深入。此外，对红粘土的物质来源，红粘土沉积时大气环流状况，不同气候系统的发育演变情况，都需要展开更广泛的研究。事实上，亚洲风尘系统包括了中亚、蒙古、西亚乃至北亚区域分布的荒漠区域的地表物质，因此，对亚洲风尘的沉积必须从国内走向国外，这需要展开国际合作，完成对中亚风尘的深度研究。在风尘物源示踪方面已使用了很多地球化学方法，但深入系统的工作还较少，在研究方法上还需从大气环流、地貌证据，矿物特征等方面综合分析。在风尘物质产生过程方面，需要调查风尘沉积、现代风尘和所有潜在源区物质的特征，仔细分辨选用的地球化学指标蕴含的地质意义及多解性，谨慎分析风力分选、沉积成壤作用，以及样品处理过程中可能的不确定性因素。从研究的趋势看，样品前处理中已从全岩组分转变到特定组分（如硅酸盐组分）和特定的粒级组分，再到单矿物的地球化学阶段。需要指出，碎屑单矿物，特别是石英等主要造岩矿物的地球化学组成的物源指示明确，基本不受风力分选和成壤作用的影响，是物源示踪的良好指标，但单矿物示踪指标的基本原理和研究程度还有待进一步的加强。在干旱区，由于不同荒漠物质粒度组成差异明显，因此在潜在源区的研究中，应选用细粒级组分。现代风尘研究表明，沙尘事件的起源区和传播路径具有复杂性，同一次沙尘过程影响不同地点，其Sr－Nd同位素值也有明显差异，与源区的不均一性和风尘传播过程中其它物质的混染有关。因此，现代沙尘的研究需要长期的观测和分析，基于不同观测台站的数据分析，建立沙尘输送的模型。