地球環境所等在北天山山麓黃土來源研究中獲進展

2020-12-23 中國科學院

地球環境所等在北天山山麓黃土來源研究中獲進展

2020-08-31 地球環境研究所

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　　儘管國內外學者在中亞黃土的年代學與古氣候重建方面取得重要進展，但該區黃土的來源仍存在較大爭議，有待進一步探索。近日，中國科學院地球環境研究所中亞黃土研究組聯合福建師範大學、伊朗荷姆茲甘大學、德國馬普化學研究所的科研人員，定量恢復中亞北天山黃土的物質來源，明確山麓衝洪積物、沙漠與黃土三者之間的成因聯繫，剖析黃土物源研究在中亞地區古氣候演化指標解譯方面的科學意義。

　　基於微量元素地球化學數據，研究人員運用擬合優度（GOF）和平均絕對擬合（MAF），評價貝葉斯模型和不確定性分析法（GLUE）模型在量化伊犁黃土不同源區相對貢獻量不確定度中的表現，結果顯示兩個模型對目標黃土樣本的元素地球化學特徵均給出較為精確的預測（圖1）。根據模型運行結果，山前衝洪積物對伊犁黃土的貢獻最大，其次為河流衝積物，而遠源的沙漠物質在伊犁黃土中佔較小比例，這與課題組前期研究結論相同，表明上述模型在黃土物源定量示蹤研究中均具有潛力。為進一步揭示黃土與沙丘沉積物、山前衝洪積物之間的關係，研究人員測試北天山地區黃土與潛在源區沉積物的微量元素含量，採用數學統計方法挑選物源示蹤指標，通過多維尺度分析與沉積分選指標的對比，並結合研究區氣象再分析資料，清晰再現北天山黃土的沉積動力過程（圖2）。研究顯示，山麓地帶的衝洪積扇/平原是沙丘沉積物和黃土共同的物質提供者，而沙漠並不是黃土的主要物源。另外，研究指出，受複雜的地形與氣候系統的影響，中亞黃土的物源存在明顯的地域性差異，強調了判斷黃土記錄的局地或區域代表性在重建中亞古氣候變化過程中是較為關鍵的一步。

　　相關研究成果發表在Catena與Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology上，這是地環所研究員宋友桂中亞黃土研究課題組關於中亞黃土物源系列研究的進一步深化與拓展。新的研究手段和研究思路為全面、準確構建中亞黃土形成過程的概念模型提供了重要的數據支持，為中亞黃土古氣候指標的解讀提供了可靠基礎，在中亞地區土地利用與管理方面具有參考與現實意義。研究工作得到國家重點實驗室培育基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金的資助。

　　論文連結：1、2 

圖1.擬合優度（GOF）和平均絕對擬合（MAF）用於評價貝葉斯模型和不確定性分析法（GLUE）模型在預測目標黃土樣本元素地球化學中的表現

圖2.北天山黃土粉塵揚起、搬運和沉積的概念模型（當前研究強調藍色虛線框中的過程）


　　儘管國內外學者在中亞黃土的年代學與古氣候重建方面取得重要進展，但該區黃土的來源仍存在較大爭議，有待進一步探索。近日，中國科學院地球環境研究所中亞黃土研究組聯合福建師範大學、伊朗荷姆茲甘大學、德國馬普化學研究所的科研人員，定量恢復中亞北天山黃土的物質來源，明確山麓衝洪積物、沙漠與黃土三者之間的成因聯繫，剖析黃土物源研究在中亞地區古氣候演化指標解譯方面的科學意義。
　　基於微量元素地球化學數據，研究人員運用擬合優度（GOF）和平均絕對擬合（MAF），評價貝葉斯模型和不確定性分析法（GLUE）模型在量化伊犁黃土不同源區相對貢獻量不確定度中的表現，結果顯示兩個模型對目標黃土樣本的元素地球化學特徵均給出較為精確的預測（圖1）。根據模型運行結果，山前衝洪積物對伊犁黃土的貢獻最大，其次為河流衝積物，而遠源的沙漠物質在伊犁黃土中佔較小比例，這與課題組前期研究結論相同，表明上述模型在黃土物源定量示蹤研究中均具有潛力。為進一步揭示黃土與沙丘沉積物、山前衝洪積物之間的關係，研究人員測試北天山地區黃土與潛在源區沉積物的微量元素含量，採用數學統計方法挑選物源示蹤指標，通過多維尺度分析與沉積分選指標的對比，並結合研究區氣象再分析資料，清晰再現北天山黃土的沉積動力過程（圖2）。研究顯示，山麓地帶的衝洪積扇/平原是沙丘沉積物和黃土共同的物質提供者，而沙漠並不是黃土的主要物源。另外，研究指出，受複雜的地形與氣候系統的影響，中亞黃土的物源存在明顯的地域性差異，強調了判斷黃土記錄的局地或區域代表性在重建中亞古氣候變化過程中是較為關鍵的一步。
　　相關研究成果發表在Catena與Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology上，這是地環所研究員宋友桂中亞黃土研究課題組關於中亞黃土物源系列研究的進一步深化與拓展。新的研究手段和研究思路為全面、準確構建中亞黃土形成過程的概念模型提供了重要的數據支持，為中亞黃土古氣候指標的解讀提供了可靠基礎，在中亞地區土地利用與管理方面具有參考與現實意義。研究工作得到國家重點實驗室培育基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）和國家自然科學基金的資助。
　　論文連結：1、2 
　　圖1.擬合優度（GOF）和平均絕對擬合（MAF）用於評價貝葉斯模型和不確定性分析法（GLUE）模型在預測目標黃土樣本元素地球化學中的表現
　　圖2.北天山黃土粉塵揚起、搬運和沉積的概念模型（當前研究強調藍色虛線框中的過程）
　　

列印 責任編輯：侯茜

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