2018年5月23日
[本篇访问: 3390]
地球科学与工程学院表生地球化学团队北非矿物尘示踪研究取得新进展

长距离传输的矿物尘的尘源、传输在理解尘-气候系统中矿物尘改变大气辐射、大气云核/冰核属性和尘营养影响海洋初级生产力进而影响大气CO2浓度等关键科学问题中至关重要。北非作为全球最大的矿物尘源区,每年产生大约0.8TG矿物尘,约占全球矿物尘量的70%。稳定的矿物相的粘粒矿物是远距离传输矿物尘中主要组分,运用粘粒中地球化学指纹识别北非尘源并示踪长距离传输矿物尘传输途径有助于理解非洲季风演化过程及北非矿物尘在沉积记录中的尘-气候反馈机制。为此,南京大学表生地球化学教育部重点实验室风尘示踪团队开发了粘粒Sr-Nd-Hf同位素系统作为地球化学指纹限定长距离传输尘源和尘传输途径。该团队多年来对不同粒度的Sr-Nd-Hf同位素研究发现:不同粒度的同位素εNd值变化很小甚至保持不变,同位素εNd值不受粒度控制而受控于源岩地质构造背景; 87Sr/86Sr同位素受矿物分选控制存在明显的变化,而粘粒同位素87Sr/86Sr值与CIA和Al/K等指示硅酸盐化学风化强度的地球化学指标显著相关,粘粒同位素87Sr/86Sr值受母岩化学风化控制;而同位素εHf值主要与受锆石约束的εHf值关系较大,而不含锆石的粘粒中的εHf值与CIA和Al/K没有关系,影响粘粒εHf值变化的可能与其母岩的地质背景存在联系。因此粘粒Sr-Nd-Hf同位素系统是可靠的地球化学指纹,能够很好地限定长距离传输矿物尘的物源。

图1. 季节变化的光学气溶胶厚度(AOD)与北非尘源同位素分区

DJF:冬季;MAM:春季;JJA:夏季;SON:秋季。

研究团队通过对北非沙漠沉积物粘粒开展Sr-Nd-Hf同位素发现,北非尘源粘粒Sr-Nd-Hf同位素受地质构造控制存在明显East、Central和West三分区特征(图1)。比较跨大西洋传输现代尘和源区粘粒Sr-Nd-Hf同位素发现,跨大西洋传输尘主要来自西Sahel和Sahara地区,也发现跨大西洋传输的尘源区存在季节差异,通过源区粘粒Sr-Nd-Hf同位素限定四季变化的跨大西洋传输的矿物尘,夏季尘主要来自西Sahel地区,冬季尘中心向南移至多哥,证实了跨大西洋传输尘受季节移动的ITCZ控制源区释放发生同位素差异。粘粒Sr-Nd-Hf同位素示踪尘源的结论得到了来自NOAA网站同期尘AOD的验证(图 1)。北非尘源区粘粒同位素Sr-Nd-H地球化学指纹对理解大西洋中的北非矿物尘及其跨大西洋传输尘记录的尘-气候演化信息打开了新的视窗。该工作近日发表于地球科学领域Earth and Planetary Science Letters杂志上,题为Sr–Nd–Hf isotopic fingerprinting of transatlantic dust derived from North Africa(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X18300086),南京大学为该工作的第一署名单位和通讯单位,季峻峰教授为通讯作者。

感谢地球科学与工程学院表生地球化学教育部重点实验室和内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室等平台的大力支持,该工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助。

(地球科学与工程学院 科学技术处)