哈爾濱沙塵沉降物碳酸鹽及其碳同位素特征

謝遠(yuǎn)云,孟 杰,郭令芬,何 葵

(哈爾濱師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,黑龍江哈爾濱150080)

哈爾濱沙塵沉降物碳酸鹽及其碳同位素特征

謝遠(yuǎn)云,孟 杰,郭令芬,何 葵

(哈爾濱師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,黑龍江哈爾濱150080)

分析了哈爾濱2002年3月20日、2007年5月8日和2008年5月28日沙塵沉降物的碳酸鹽及其穩(wěn)定同位素組成。結(jié)果表明,哈爾濱沙塵沉降物的碳酸鹽含量介于3.8%～7.3%,均值為5.28%,2002年沙塵沉降物碳酸鹽含量為4.62%,2007年為7.11%,2008年為4.43%,含量普遍偏低,為國(guó)內(nèi)有報(bào)道的最低值;沙塵沉降物的碳酸鹽碳同位素組成在-6.39‰～-7.83‰,均值為-7.3‰,2002年沙塵沉降物碳酸鹽δ13C為-7.12‰,2007年為-7.36‰,2008年為-7.51‰,也為國(guó)內(nèi)有報(bào)道的最低值。沙塵沉降物碳酸鹽含量的低值而道路表土碳酸鹽含量的高值表明,僅有碳酸鹽含量還不足以證明沙塵的物質(zhì)來(lái)源,而碳同位素組成則顯示本地源而非西北粉塵源區(qū)對(duì)沙塵的主要貢獻(xiàn)。利用沙塵沉降物的碳酸鹽含量和碳同位素組成示蹤沙塵源區(qū)是可能的。

碳酸鹽;碳同位素組成;沙塵沉降物;源區(qū)追蹤;哈爾濱

大氣塵埃作為全球氣候變化的重要驅(qū)動(dòng)因子之一,已成為當(dāng)前全球變化研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[1]。我國(guó)西北干旱、半干旱地區(qū)被認(rèn)為是全球大氣塵埃的主要源區(qū),已被格陵蘭冰芯沉積和北太平洋深海沉積等記錄所證實(shí)[2]。沙塵天氣的發(fā)生對(duì)大氣塵埃載荷有重要貢獻(xiàn),且沙塵天氣的發(fā)生具有很強(qiáng)的區(qū)域性,因此對(duì)不同地區(qū)沙塵天氣的研究,對(duì)于揭示區(qū)域大氣塵埃載荷變化及沙塵天氣對(duì)于氣候環(huán)境變化的影響具有重要意義。目前沙塵沉降物記錄的源區(qū)信息主要集中在以下幾方面:礦物學(xué)信息(重礦物[3]和粘土礦物[4])、地球化學(xué)信息(元素[5]及其比值[6]、稀土元素[7]、碳酸鹽或碳酸鹽碳[8,9]、穩(wěn)定同位素[10]等)、沉積學(xué)信息(粒度組成[11]和石英砂顆粒表面的電鏡掃描[12]等)、磁學(xué)信息(磁化率及其它磁性參數(shù)[13])和生物學(xué)信息(孢粉[14]和分子化石[15])。作為亞洲粉塵重要源區(qū)的中國(guó)西北粉塵源區(qū)碳酸鹽含量較高[16],且不同成因和來(lái)源的碳酸鹽同位素組成上存在差異[17],同時(shí)穩(wěn)定同位素組成在風(fēng)蝕、傳輸和沉降過(guò)程中通常是不變的,因此可以考慮利用碳酸鹽及其穩(wěn)定同位素的變化示蹤沙塵源區(qū)。

哈爾濱地區(qū)地表植被匱乏,地表沙塵物質(zhì)豐富,大風(fēng)天氣盛行,沙塵釋放過(guò)程強(qiáng)烈,每年春季都會(huì)遭遇到沙塵天氣。本文分析了2002年3月20日、2007年5月8日和2008年5月28日哈爾濱沙塵沉降物的碳酸鹽及其穩(wěn)定同位素組成,為進(jìn)一步的沙塵源區(qū)示蹤工作奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

2002年3月20日的樣品來(lái)自覆蓋在樹(shù)葉上的沙塵,共獲3個(gè)樣品,2007年5月8日和2008年5月28日的樣品來(lái)自汽車頂,各獲2個(gè)樣品。為了對(duì)比,在樣品采集地點(diǎn)附近收集道路裸土樣品4個(gè),在天恒山(荒山)采集黃土樣品6個(gè),收集松花江哈爾濱段河床沖積物4個(gè),在杜蒙縣采集松嫩沙地樣品5個(gè),采集大慶龍鳳鹽堿土4個(gè),同時(shí)采集科爾沁沙地樣品4個(gè)。樣品在瑪瑙研缽中研磨至200目以下,利用滴定法測(cè)量樣品中的碳酸鹽含量[18]。白云石和M gCO3通常在土壤碳酸鹽中的含量較少[19],因此用CaCO3計(jì)算碳酸鹽含量。碳酸鹽穩(wěn)定同位素分析采用磷酸法[20],在MA T-253質(zhì)譜儀中完成碳同位素比值的測(cè)定。碳酸鹽測(cè)試在中科院地球環(huán)境研究所黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,碳同位素測(cè)試在中科院地質(zhì)與地球物理研究所穩(wěn)定同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。

研究表明[8],不同粒級(jí)的表土樣品中碳酸鹽的δ13C值基本一致,表明風(fēng)蝕時(shí)粒度的分選不影響源區(qū)物質(zhì)的同位素特征;另外,黃土高原黃土中不同粒徑樣品碳酸鹽中碳同位素雖有差別,但大部分樣品的粗(>45μm)、細(xì)(<2μm)顆粒物質(zhì)的δ13C值差別小于-2‰[21]。此外,在西安采集的3套沙塵沉降物分粒級(jí)樣品的碳酸鹽碳同位素差別均在正常變動(dòng)范圍內(nèi)(小于-2‰)[10]。因此本次分析的全樣樣品的同位素?cái)?shù)據(jù)可與其它研究中分粒級(jí)樣品進(jìn)行對(duì)比。

2 碳酸鹽含量特征

表1給出了哈爾濱沙塵沉降物及其它樣品的碳酸鹽含量。哈爾濱沙塵沉降物的碳酸鹽含量介于3.8%～7.3%,均值為5.28%。同期沙塵沉降物的碳酸鹽含量比較穩(wěn)定,2002年沙塵沉降物碳酸鹽含量為4.62%,2007年為7.11%,2008年為4.43%。哈爾濱沙塵沉降物中的碳酸鹽含量(5.28%)普遍偏低,明顯低于西安(13.5%)[10]、榆林(9.29%)[8]、北京(14.42%)[9]、包頭(14.16%)[9]、額濟(jì)納旗(15%)[9]、大同(13.33%)[9]、張北(14.5%)[9]和銀川(8.58%)[9]等地的沙塵沉降物,也低于蘭州(12.78%)[22]、洛川(11.6%)[23]和西安(8%)[24]等黃土高原地區(qū)的黃土,甚至低于西安(10.16%)[10]和榆林(10.59%)[8]等地區(qū)正常天氣降塵的碳酸鹽含量,但高于趙景波[24]指出的現(xiàn)代風(fēng)塵碳酸鹽含量通常小于3%的數(shù)據(jù)。哈爾濱沙塵沉降物中的碳酸鹽含量是目前國(guó)內(nèi)有報(bào)道的沙塵樣品的最低值。趙景波[24]指出,黃土中的碳酸鹽絕大部分是以薄膜、斑點(diǎn)和假菌絲等形式存在的次生碳酸鹽,其碳酸鹽顆粒遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粉砂顆粒,不利于風(fēng)力搬運(yùn),是風(fēng)塵中的碳酸鹽含量(3%)小于物質(zhì)源區(qū)(10%左右)的直接原因。該研究忽視了以下事實(shí):1)黃土-古土壤中的碳酸鹽是由風(fēng)力從源區(qū)搬運(yùn)而來(lái)的原生碳酸鹽和就地經(jīng)成土成壤作用形成的次生碳酸鹽的混合物[17],雖然次生碳酸鹽在黃土-古土壤中的比例較大,尤其在古土壤中幾乎不含原生碳酸鹽[25,26],但在黃土堆積時(shí)期,特別是干旱地區(qū)的黃土,其原生碳酸鹽所占的相對(duì)比例要大,最大可達(dá)60%左右[27]。2)風(fēng)塵中的碳酸鹽含量與粉塵源區(qū)(初始源/加強(qiáng)源/本地源)地表土中的碳酸鹽含量有關(guān),粉塵源區(qū)表土碳酸鹽含量高,風(fēng)塵中的碳酸鹽含量相應(yīng)就高。文獻(xiàn)[24]引用的風(fēng)塵中碳酸鹽含量通常小于3%的數(shù)據(jù)是美國(guó)西南部粉塵的分析結(jié)果,并不能代表所有風(fēng)塵的分析結(jié)果。事實(shí)上,迄今為止的風(fēng)塵中所含碳酸鹽含量皆明顯大于3%[8-10]。3)黃土是大氣粉塵堆積的產(chǎn)物[16],換言之,粉塵顆粒是黃土的母質(zhì),因此風(fēng)塵中的碳酸鹽含量對(duì)黃土特別是干旱區(qū)黃土的碳酸鹽含量起到控制作用,而不是黃土的碳酸鹽含量控制著風(fēng)塵的碳酸鹽含量。黃土高原沙塵沉降物與黃土中碳酸鹽含量接近[10]的事實(shí)表明,粉塵從西北源區(qū)被風(fēng)力搬運(yùn)到黃土高原時(shí)大氣中所攜帶的碳酸鹽含量就很高,即在粉塵堆積形成黃土之前大氣粉塵中原生碳酸鹽含量已很高,導(dǎo)致黃土中原生碳酸鹽含量高。

表1 沙塵沉降物及其它沉積物碳酸鹽含量和碳同位素組成Table 1 The carbonate contentand carbon isotopic composition in sand-dust falloutsand other sediments

碳酸鹽通常積聚在年降水量小于100 mm的土壤中[28],在土壤濕度和植物根系活動(dòng)都很低的干旱季節(jié),碳酸鹽能夠快速沉淀下來(lái)[29],在氣候溫濕時(shí)期,成土作用強(qiáng),碳酸鹽淋失量較大,導(dǎo)致土壤中碳酸鹽含量降低。中國(guó)北方的降水量大致自西向東遞增,干燥度也是自西向東逐漸減小。有研究顯示[8],表土樣品的碳酸鹽含量呈現(xiàn)自西向東逐漸降低的趨勢(shì),塔克拉瑪干沙漠的平均值為11.84%,庫(kù)姆塔格沙漠為8.03%,河西走廊戈壁為8.16%,巴丹吉林沙漠為4.64%,烏蘭布和沙漠為1.72%,騰格里沙漠為 2.57%,毛烏素沙漠0.88%,內(nèi)蒙古中部干草原地區(qū)為3.02%,渾善達(dá)克沙地為0.56%,科爾沁沙地為0.31%。碳酸鹽含量隨著年降水量的增加而降低。日本研究者在研究本國(guó)沙塵時(shí)發(fā)現(xiàn),大氣中碳酸鹽碳含量明顯升高是黃沙來(lái)臨的重要標(biāo)志,可以將碳酸鹽碳含量高作為識(shí)別沙塵暴來(lái)源地的根據(jù)之一[9]。中國(guó)黃土、中國(guó)沙塵、韓國(guó)沙塵的化學(xué)成分分析結(jié)果顯示[30],它們之間最大的差別在于中國(guó)黃土和中國(guó)沙塵中存在碳酸鹽,而韓國(guó)沙塵中沒(méi)有檢驗(yàn)出碳酸鹽?；谝陨涎芯?有學(xué)者相繼提出,沙塵中碳酸鹽碳含量增高(大于1%,相當(dāng)于8.33%的碳酸鹽)為沙塵暴發(fā)生的標(biāo)志[9],或者利用沙塵中碳酸鹽含量示蹤不同的沙塵源區(qū)[8]。西安沙塵暴樣品碳酸鹽含量(13.5%)與正常天氣下氣溶膠樣品碳酸鹽含量(10.16%)的差別并不十分明顯[10];榆林沙塵暴樣品碳酸鹽含量(9.29%)與正常天氣碳酸鹽含量(10.59%)也十分接近[8]。這說(shuō)明,在表土碳酸鹽含量較高的黃土高原地區(qū)沙塵暴和正常天氣下碳酸鹽含量并沒(méi)有明顯區(qū)別。僅憑大氣中碳酸鹽含量的升高作為判斷沙塵暴發(fā)生的指標(biāo)不夠準(zhǔn)確。事實(shí)上,每年春季即使沒(méi)有沙塵暴發(fā)生,亞洲粉塵在近地面層經(jīng)過(guò)我國(guó)向東南方向的輸送從未停止。而且,哈爾濱沙塵暴天氣的沙塵樣品的低碳酸鹽含量(5.28%)也不支持碳酸鹽含量的升高(大于8.33%)是判斷沙塵暴發(fā)生的指標(biāo)的論斷。

中國(guó)粉塵源區(qū)表土碳酸鹽含量在空間上大致呈現(xiàn)自西向東逐漸減低的趨勢(shì)[8]的事實(shí)似乎給了一個(gè)啟示:沙塵物質(zhì)從初始源區(qū)揚(yáng)起隨風(fēng)力自西向東傳輸?shù)倪^(guò)程中,隨著高碳酸鹽含量粉塵顆粒的逐漸沉降和低碳酸鹽含量粉塵顆粒的稀釋加入,離沙塵初始源區(qū)越遠(yuǎn),沙塵沉降區(qū)的粉塵顆粒所含的碳酸鹽含量越低。但目前沙塵沉降物中所含的碳酸鹽含量并沒(méi)有提供這樣的證據(jù):從額濟(jì)納旗(15%)→銀川(8.58%)→榆林(9.29%)→西安(13.5%)→包頭 (14.16%)→大同 (13.33%)→張北(14.5%)→北京(14.42%)并沒(méi)有體現(xiàn)出沙塵沉降物樣品中碳酸鹽含量逐漸降低的趨勢(shì)。另外,文獻(xiàn)[8]所指的表土僅僅是沙漠和沙地,并沒(méi)有包括除沙漠和沙地以外的其它地表裸土,這是不全面的。事實(shí)上,亞洲內(nèi)陸所有沙漠沙地中的沙經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的風(fēng)力分選,多為63～500μm粒級(jí)的細(xì)沙和中沙,占85%以上,而可遠(yuǎn)程搬運(yùn)的粉砂及粘土含量極少[31,32]。中國(guó)西部沙漠和沙地不太可能為沙塵天氣提供大量的可供遠(yuǎn)程搬運(yùn)的細(xì)顆粒物質(zhì),對(duì)沙塵暴特別是遠(yuǎn)程沙塵暴中的粉塵組成貢獻(xiàn)微乎其微。相反,中國(guó)西部干枯的湖泊、棄耕的荒地與裸露的沙礫草場(chǎng)等表土是真正影響整個(gè)華北地區(qū)沙塵天氣的物源地[31],而目前還無(wú)法確定這些表土的碳酸鹽含量是否也遵循自西向東逐漸降低的規(guī)律,哈爾濱道路表土中碳酸鹽含量的高值(平均值10.5%,與黃河中游黃土的碳酸鹽10%的含量[23]接近)而沙塵沉降物碳酸鹽含量的低值(5.28%)似乎也不支持這一規(guī)律。

哈爾濱沙塵樣品碳酸鹽含量的低值似乎暗示來(lái)自西北粉塵源區(qū)(具有較高的碳酸鹽含量)的貢獻(xiàn)較小,但哈爾濱道路裸土碳酸鹽含量的高值又否定了這種暗示。哈爾濱沙塵沉降物碳酸鹽含量的低值而道路表土碳酸鹽含量的高值表明僅有碳酸鹽含量還不足以證明沙塵的物質(zhì)來(lái)源,沙塵沉降物中的碳酸鹽的來(lái)源可能需要新的認(rèn)識(shí)。因此,利用大氣粉塵的碳酸鹽含量示蹤沙塵源區(qū)還有許多工作要做,其中中國(guó)西部粉塵源區(qū)各種類型表土碳酸鹽背景值的建立是首要的工作之一。盡管如此,對(duì)于表土碳酸鹽含量較低的地區(qū),沙塵沉降物中的碳酸鹽含量仍然可以作為示蹤源區(qū)的參考,如某地沙塵暴期間碳酸鹽含量較高則指示了非本地源的遠(yuǎn)源(西北表土碳酸鹽含量較高的源區(qū))對(duì)該地區(qū)沙塵暴的主要貢獻(xiàn)作用。

3 碳同位素組成特征

哈爾濱沙塵沉降物的碳酸鹽碳同位素分布范圍比較穩(wěn)定(表1),各樣品碳酸鹽δ13C在-6.39‰～-7.83‰,均值 -7.3‰,差別小于 -1.5‰,其中2002年沙塵沉降物碳酸鹽δ13C為-7.12‰,2007年為-7.36‰,2008年為-7.51‰。道路表土碳酸鹽δ13C為-7.5‰,大慶龍鳳鹽堿土碳酸鹽δ13C為-5.08‰,哈爾濱荒山黃土、松花江哈爾濱段、松嫩沙地和科爾沁沙地碳酸鹽含量太少,未能測(cè)出δ13C值。哈爾濱沙塵沉降物中的碳酸鹽δ13C組成(-7.3‰)普遍偏負(fù),為國(guó)內(nèi)有報(bào)道的最低值。例如,明顯低于西安沙塵暴樣品(-1.4‰～-4.2‰)[10]、黃土高原黃土δ13C(-4.2‰)[17]和現(xiàn)代沙漠源區(qū)風(fēng)成砂碳酸鹽δ13C(-3.6‰～2.1‰)[8],而與哈爾濱道路表土δ13C(-7.5‰)、西安現(xiàn)代表土δ13C(-7.6‰)[23]、黃土高原古土壤δ13C (-7.9‰)[17]以及西安正常天氣樣品的δ13C(-7.5‰～-9.3‰)[10]接近。

中國(guó)粉塵源區(qū)表土碳酸鹽的δ13C組成具有較強(qiáng)的區(qū)域性(圖1),在空間上隨著年降水量的增加而逐漸偏負(fù)[8,10]。中國(guó)西部沙漠沙地表土碳酸鹽δ13C值分別為(自西向東):塔克拉瑪干沙漠0.70‰,古爾班通古特沙漠-3.38‰,庫(kù)姆塔格沙漠2.15‰,巴丹吉林沙漠-0.22‰,河西走廊戈壁-1.7‰,騰格里沙漠-2.59‰,烏蘭布和沙漠-2.7‰,毛烏素沙漠-3.57‰,內(nèi)蒙古中部干草原地區(qū)-6.96‰。不僅如此,中國(guó)黃土高原黃土(L1)碳酸鹽δ13C組成自西(北)向東(南)也表現(xiàn)出逐漸負(fù)偏的趨勢(shì):蘭州黃土碳酸鹽δ13C值為-1.35‰[22],會(huì)寧黃土δ13C值為-2.48‰[33],榆林黃土δ13C值為 -4.2‰[17],吉縣黃土δ13C值為 -4.43‰[33],洛川黃土δ13C值為-6.03‰[34],渭南黃土δ13C值為-6.16‰[33],西安黃土δ13C值為-6.93‰[34]。2002年3月20日的沙塵暴天氣起源于中亞地區(qū),經(jīng)過(guò)新疆地區(qū)傳入西安,而后向東輸送并橫掃下風(fēng)區(qū)的18個(gè)省市,并最終影響到韓國(guó)[10]。研究者在韓國(guó) Kosan站點(diǎn)采集了這次沙塵樣品并獲得了一個(gè)碳酸鹽碳同位素?cái)?shù)據(jù)為-1.4‰,與西安同次沙塵的一個(gè)數(shù)據(jù)一致[10]。以上研究說(shuō)明,不同來(lái)源的碳酸鹽在同位素上存在差異,且碳同位素組成在長(zhǎng)距離的輸送中不會(huì)發(fā)生同位素分餾(能保持高度的穩(wěn)定性),因此可以利用沙塵沉降物的碳酸鹽δ13C值的變化判別其來(lái)源及成因特征,是指示粉塵源區(qū)較好的示蹤指標(biāo)。

圖1 不同地質(zhì)體的碳酸鹽及碳同位素組成對(duì)比Fig.1 The comparsion of carbonate and carbon isotopic composition in different sediments

黃土-古土壤中碳酸鹽碳同位素演化的基本原理可進(jìn)一步概括如下:黃土-古土壤中碳酸鹽的初始物質(zhì)主要是原生碳酸鹽,其δ13C值都大于或近于零,在黃土堆積過(guò)程中,原生碳酸鹽經(jīng)過(guò)溶解與再沉淀而形成次生碳酸鹽;次生碳酸鹽碳同位素組成主要由土壤中CO2氣體的δ13C值所決定,由于光合作用使得12C富集,植物體分解產(chǎn)生的土壤CO2氣體繼承了其母體(植物體)本身的碳同位素組成,所以較之原生碳酸鹽,土壤CO2氣體的δ13C值偏負(fù),土壤碳酸鹽δ13C值相應(yīng)偏負(fù)。即原生碳酸鹽δ13C偏正而次生碳酸鹽δ13C偏負(fù);伴隨成土作用不斷進(jìn)行,原生碳酸鹽愈來(lái)愈少而次生碳酸鹽愈來(lái)愈多,從而導(dǎo)致全巖碳酸鹽碳同位素組成偏負(fù)。因此,在黃土—古土壤剖面中古土壤碳酸鹽的δ13C(-7.9‰)比黃土(-4.2‰)變得更偏負(fù)。黃土剖面中碳酸鹽的δ13C被用做一種古氣候變化的指標(biāo),即當(dāng)δ13C更負(fù)時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)段為氣候比較暖濕、生物活動(dòng)頻繁的古環(huán)境狀況;反之亦然[23]。鑒于此,氣候干燥的現(xiàn)代沙漠源區(qū)風(fēng)成砂碳酸鹽δ13C范圍為-3.6‰～2.1‰;而相比之下,黃土高原地區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn),次生碳酸鹽易于形成,導(dǎo)致黃土高原表土中碳酸鹽δ13C明顯低于沙漠源區(qū),約-7‰～-8‰。正是基于中國(guó)粉塵源區(qū)表土碳酸鹽δ13C值在空間上隨著年降水量的增加而逐漸偏負(fù)的機(jī)理,使得利用接收區(qū)大氣粉塵碳酸鹽δ13C值來(lái)示蹤不同的源區(qū)成為可能。

由于碳酸鹽的同位素在傳輸過(guò)程中不發(fā)生顯著的同位素分餾,沙塵天氣樣品中碳酸鹽δ13C值(如西安沙塵樣品碳酸鹽δ13C為-1.4‰～-4.2‰)與粉塵源區(qū)地表的現(xiàn)代風(fēng)成砂中碳酸鹽δ13C值非常接近,而正常天氣下地表土自然釋放(如西安正常天氣的氣溶膠碳酸鹽δ13C約為-7.5‰～-9.3‰)的細(xì)粒子進(jìn)入大氣中,使碳酸鹽氣溶膠的13C變得相對(duì)虧損(-9.7‰),與沙塵大氣有明顯區(qū)別。即粉塵接收區(qū)地表碳酸鹽的δ13CSC值通常較源區(qū)偏負(fù)得多,如西安劉家坡地表黑壚土碳酸鹽δ13C值為-7.61%[23],哈爾濱道路表土碳酸鹽δ13C值為-7.5%。由此,可以根據(jù)某一觀測(cè)點(diǎn)環(huán)境大氣碳酸鹽δ13C值的大小推知其主導(dǎo)來(lái)源,如果δ13C值偏低(如-9‰),可以認(rèn)為它主要來(lái)自降水豐富、人為活動(dòng)較強(qiáng)烈的沙化土地、草原退化土地、局地?fù)P塵,如果δ13C值偏高(如-3‰),可以認(rèn)為西北沙漠源區(qū)物質(zhì)占主導(dǎo)貢獻(xiàn)。哈爾濱沙塵沉降物中的碳酸鹽δ13C組成(-7.3‰)為國(guó)內(nèi)有報(bào)道的最低值,與道路表土一致,顯示本地源而非西北粉塵源區(qū)對(duì)哈爾濱沙塵的主要貢獻(xiàn)。因此,可以利用接收區(qū)粉塵碳酸鹽的δ13C值來(lái)分辨遠(yuǎn)源粉塵的貢獻(xiàn)。當(dāng)然不同源區(qū)粉塵的混合會(huì)加大源區(qū)分辨的難度。

4 結(jié)論

哈爾濱沙塵沉降物中的碳酸鹽含量普遍偏低,為國(guó)內(nèi)有報(bào)道的最低值;對(duì)于表土碳酸鹽含量較低的地區(qū),沙塵沉降物中的碳酸鹽含量仍然可以作為示蹤源區(qū)的參考。哈爾濱沙塵沉降物的碳酸鹽碳同位素組成也為國(guó)內(nèi)有報(bào)道的最低值,由于不同來(lái)源的碳酸鹽碳同位素存在差異,且穩(wěn)定同位素組成在風(fēng)蝕、傳輸和沉降過(guò)程中能保持高度的穩(wěn)定性(不發(fā)生同位素分餾),因而沙塵沉降物碳酸鹽碳同位素組成可以作為粉塵源區(qū)的示蹤指標(biāo)。

哈爾濱沙塵沉降物碳酸鹽含量的低值而道路表土碳酸鹽含量的高值表明僅有碳酸鹽含量還不足以證明沙塵的物質(zhì)來(lái)源,碳同位素組成則顯示本地源而非西北粉塵源區(qū)對(duì)沙塵的主要貢獻(xiàn)。進(jìn)一步豐富粉塵源區(qū)表土的碳酸鹽含量和δ13C組成,對(duì)于利用這些指標(biāo)進(jìn)行粉塵源區(qū)追蹤具有重要意義。

本研究碳酸鹽測(cè)試由中科院地球環(huán)境研究所孫有斌教授完成,碳酸鹽碳同位素由中科院地質(zhì)與地球物理研究所劉強(qiáng)博士完成,此致謝忱!

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Abstract:The carbonate and carbon isotope composition of the Harbin sand-dust fallouts respectively from the March 20,2002, May 8,2007 and M ay 28,2008 were analyzed.The results showed that the carbonate content of Harbin sand-dust fallouts changes f rom 3.8%to 7.3%,w ith an average of 5.28%,of w hich the content is 4.62%in 2002,7.11%in 2007,and 4.43%in 2008.The carbonate content of sand-dust fallouts is generally low,w ith lowest value in internal report.The carbon isotopic composition of sand-dust fallouts is-6.39‰～-7.83‰,w ith an average of-7.3‰and lowest value in internal report,of w hich the carbonateδ13C value is-7.12‰in 2002,-7.36‰in 2007,and-7.51‰in 2008.The facts that low carbonate content of sand-dust fallouts and high carbonate content of the road surface soil indicate the source of sand-dust fallouts isn′t confirmed only by carbonate content,and however carbon isotope composition indicates the local source,but not northwest dust source areas hasmain contribution to sand dust.It is therefore possible to identify dust sourcesw ith carbonate andδ13C value of the sand-dust fallouts due to their significant regional differences in dust source regions of China.

Keywords:carbonate;carbon isotope composition;sand-dust fallouts;source area tracking;Harbin

Carbonate and Carbon Isotope Characteristics in Harbin Sand-Dust Fallouts

XIE Yuan-yun,M ENGJie,GUO Ling-feng,HE Kui
(College of Geographic Science,Harbin N ormal University,Harbin 150080,China)

P445+.4

A

1672-0504(2010)05-0063-05

2010-06-08;

2010-08-31

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072259);黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(G200803);哈爾濱師范大學(xué)青年學(xué)術(shù)骨干資助計(jì)劃項(xiàng)目(08KXQ-02)

謝遠(yuǎn)云(1971-),男,博士,副教授,主要從事第四紀(jì)地質(zhì)研究。E-mail:xyy0451@sina.com