哈尔滨沙尘沉降物碳酸盐及其碳同位素特征

谢远云,孟 杰,郭令芬,何 葵

(哈尔滨师范大学地理科学学院,黑龙江哈尔滨150080)

哈尔滨沙尘沉降物碳酸盐及其碳同位素特征

谢远云,孟 杰,郭令芬,何 葵

(哈尔滨师范大学地理科学学院,黑龙江哈尔滨150080)

分析了哈尔滨2002年3月20日、2007年5月8日和2008年5月28日沙尘沉降物的碳酸盐及其稳定同位素组成。结果表明,哈尔滨沙尘沉降物的碳酸盐含量介于3.8%～7.3%,均值为5.28%,2002年沙尘沉降物碳酸盐含量为4.62%,2007年为7.11%,2008年为4.43%,含量普遍偏低,为国内有报道的最低值;沙尘沉降物的碳酸盐碳同位素组成在-6.39‰～-7.83‰,均值为-7.3‰,2002年沙尘沉降物碳酸盐δ13C为-7.12‰,2007年为-7.36‰,2008年为-7.51‰,也为国内有报道的最低值。沙尘沉降物碳酸盐含量的低值而道路表土碳酸盐含量的高值表明,仅有碳酸盐含量还不足以证明沙尘的物质来源,而碳同位素组成则显示本地源而非西北粉尘源区对沙尘的主要贡献。利用沙尘沉降物的碳酸盐含量和碳同位素组成示踪沙尘源区是可能的。

碳酸盐;碳同位素组成;沙尘沉降物;源区追踪;哈尔滨

大气尘埃作为全球气候变化的重要驱动因子之一,已成为当前全球变化研究的热点问题之一[1]。我国西北干旱、半干旱地区被认为是全球大气尘埃的主要源区,已被格陵兰冰芯沉积和北太平洋深海沉积等记录所证实[2]。沙尘天气的发生对大气尘埃载荷有重要贡献,且沙尘天气的发生具有很强的区域性,因此对不同地区沙尘天气的研究,对于揭示区域大气尘埃载荷变化及沙尘天气对于气候环境变化的影响具有重要意义。目前沙尘沉降物记录的源区信息主要集中在以下几方面:矿物学信息(重矿物[3]和粘土矿物[4])、地球化学信息(元素[5]及其比值[6]、稀土元素[7]、碳酸盐或碳酸盐碳[8,9]、稳定同位素[10]等)、沉积学信息(粒度组成[11]和石英砂颗粒表面的电镜扫描[12]等)、磁学信息(磁化率及其它磁性参数[13])和生物学信息(孢粉[14]和分子化石[15])。作为亚洲粉尘重要源区的中国西北粉尘源区碳酸盐含量较高[16],且不同成因和来源的碳酸盐同位素组成上存在差异[17],同时稳定同位素组成在风蚀、传输和沉降过程中通常是不变的,因此可以考虑利用碳酸盐及其稳定同位素的变化示踪沙尘源区。

哈尔滨地区地表植被匮乏,地表沙尘物质丰富,大风天气盛行,沙尘释放过程强烈,每年春季都会遭遇到沙尘天气。本文分析了2002年3月20日、2007年5月8日和2008年5月28日哈尔滨沙尘沉降物的碳酸盐及其稳定同位素组成,为进一步的沙尘源区示踪工作奠定基础。

1 材料与方法

2002年3月20日的样品来自覆盖在树叶上的沙尘,共获3个样品,2007年5月8日和2008年5月28日的样品来自汽车顶,各获2个样品。为了对比,在样品采集地点附近收集道路裸土样品4个,在天恒山(荒山)采集黄土样品6个,收集松花江哈尔滨段河床冲积物4个,在杜蒙县采集松嫩沙地样品5个,采集大庆龙凤盐碱土4个,同时采集科尔沁沙地样品4个。样品在玛瑙研钵中研磨至200目以下,利用滴定法测量样品中的碳酸盐含量[18]。白云石和M gCO3通常在土壤碳酸盐中的含量较少[19],因此用CaCO3计算碳酸盐含量。碳酸盐稳定同位素分析采用磷酸法[20],在MA T-253质谱仪中完成碳同位素比值的测定。碳酸盐测试在中科院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室完成,碳同位素测试在中科院地质与地球物理研究所稳定同位素地球化学实验室完成。

研究表明[8],不同粒级的表土样品中碳酸盐的δ13C值基本一致,表明风蚀时粒度的分选不影响源区物质的同位素特征;另外,黄土高原黄土中不同粒径样品碳酸盐中碳同位素虽有差别,但大部分样品的粗(>45μm)、细(<2μm)颗粒物质的δ13C值差别小于-2‰[21]。此外,在西安采集的3套沙尘沉降物分粒级样品的碳酸盐碳同位素差别均在正常变动范围内(小于-2‰)[10]。因此本次分析的全样样品的同位素数据可与其它研究中分粒级样品进行对比。

2 碳酸盐含量特征

表1给出了哈尔滨沙尘沉降物及其它样品的碳酸盐含量。哈尔滨沙尘沉降物的碳酸盐含量介于3.8%～7.3%,均值为5.28%。同期沙尘沉降物的碳酸盐含量比较稳定,2002年沙尘沉降物碳酸盐含量为4.62%,2007年为7.11%,2008年为4.43%。哈尔滨沙尘沉降物中的碳酸盐含量(5.28%)普遍偏低,明显低于西安(13.5%)[10]、榆林(9.29%)[8]、北京(14.42%)[9]、包头(14.16%)[9]、额济纳旗(15%)[9]、大同(13.33%)[9]、张北(14.5%)[9]和银川(8.58%)[9]等地的沙尘沉降物,也低于兰州(12.78%)[22]、洛川(11.6%)[23]和西安(8%)[24]等黄土高原地区的黄土,甚至低于西安(10.16%)[10]和榆林(10.59%)[8]等地区正常天气降尘的碳酸盐含量,但高于赵景波[24]指出的现代风尘碳酸盐含量通常小于3%的数据。哈尔滨沙尘沉降物中的碳酸盐含量是目前国内有报道的沙尘样品的最低值。赵景波[24]指出,黄土中的碳酸盐绝大部分是以薄膜、斑点和假菌丝等形式存在的次生碳酸盐,其碳酸盐颗粒远远大于粉砂颗粒,不利于风力搬运,是风尘中的碳酸盐含量(3%)小于物质源区(10%左右)的直接原因。该研究忽视了以下事实:1)黄土-古土壤中的碳酸盐是由风力从源区搬运而来的原生碳酸盐和就地经成土成壤作用形成的次生碳酸盐的混合物[17],虽然次生碳酸盐在黄土-古土壤中的比例较大,尤其在古土壤中几乎不含原生碳酸盐[25,26],但在黄土堆积时期,特别是干旱地区的黄土,其原生碳酸盐所占的相对比例要大,最大可达60%左右[27]。2)风尘中的碳酸盐含量与粉尘源区(初始源/加强源/本地源)地表土中的碳酸盐含量有关,粉尘源区表土碳酸盐含量高,风尘中的碳酸盐含量相应就高。文献[24]引用的风尘中碳酸盐含量通常小于3%的数据是美国西南部粉尘的分析结果,并不能代表所有风尘的分析结果。事实上,迄今为止的风尘中所含碳酸盐含量皆明显大于3%[8-10]。3)黄土是大气粉尘堆积的产物[16],换言之,粉尘颗粒是黄土的母质,因此风尘中的碳酸盐含量对黄土特别是干旱区黄土的碳酸盐含量起到控制作用,而不是黄土的碳酸盐含量控制着风尘的碳酸盐含量。黄土高原沙尘沉降物与黄土中碳酸盐含量接近[10]的事实表明,粉尘从西北源区被风力搬运到黄土高原时大气中所携带的碳酸盐含量就很高,即在粉尘堆积形成黄土之前大气粉尘中原生碳酸盐含量已很高,导致黄土中原生碳酸盐含量高。

表1 沙尘沉降物及其它沉积物碳酸盐含量和碳同位素组成Table 1 The carbonate contentand carbon isotopic composition in sand-dust falloutsand other sediments

碳酸盐通常积聚在年降水量小于100 mm的土壤中[28],在土壤湿度和植物根系活动都很低的干旱季节,碳酸盐能够快速沉淀下来[29],在气候温湿时期,成土作用强,碳酸盐淋失量较大,导致土壤中碳酸盐含量降低。中国北方的降水量大致自西向东递增,干燥度也是自西向东逐渐减小。有研究显示[8],表土样品的碳酸盐含量呈现自西向东逐渐降低的趋势,塔克拉玛干沙漠的平均值为11.84%,库姆塔格沙漠为8.03%,河西走廊戈壁为8.16%,巴丹吉林沙漠为4.64%,乌兰布和沙漠为1.72%,腾格里沙漠为 2.57%,毛乌素沙漠0.88%,内蒙古中部干草原地区为3.02%,浑善达克沙地为0.56%,科尔沁沙地为0.31%。碳酸盐含量随着年降水量的增加而降低。日本研究者在研究本国沙尘时发现,大气中碳酸盐碳含量明显升高是黄沙来临的重要标志,可以将碳酸盐碳含量高作为识别沙尘暴来源地的根据之一[9]。中国黄土、中国沙尘、韩国沙尘的化学成分分析结果显示[30],它们之间最大的差别在于中国黄土和中国沙尘中存在碳酸盐,而韩国沙尘中没有检验出碳酸盐。基于以上研究,有学者相继提出,沙尘中碳酸盐碳含量增高(大于1%,相当于8.33%的碳酸盐)为沙尘暴发生的标志[9],或者利用沙尘中碳酸盐含量示踪不同的沙尘源区[8]。西安沙尘暴样品碳酸盐含量(13.5%)与正常天气下气溶胶样品碳酸盐含量(10.16%)的差别并不十分明显[10];榆林沙尘暴样品碳酸盐含量(9.29%)与正常天气碳酸盐含量(10.59%)也十分接近[8]。这说明,在表土碳酸盐含量较高的黄土高原地区沙尘暴和正常天气下碳酸盐含量并没有明显区别。仅凭大气中碳酸盐含量的升高作为判断沙尘暴发生的指标不够准确。事实上,每年春季即使没有沙尘暴发生,亚洲粉尘在近地面层经过我国向东南方向的输送从未停止。而且,哈尔滨沙尘暴天气的沙尘样品的低碳酸盐含量(5.28%)也不支持碳酸盐含量的升高(大于8.33%)是判断沙尘暴发生的指标的论断。

中国粉尘源区表土碳酸盐含量在空间上大致呈现自西向东逐渐减低的趋势[8]的事实似乎给了一个启示:沙尘物质从初始源区扬起随风力自西向东传输的过程中,随着高碳酸盐含量粉尘颗粒的逐渐沉降和低碳酸盐含量粉尘颗粒的稀释加入,离沙尘初始源区越远,沙尘沉降区的粉尘颗粒所含的碳酸盐含量越低。但目前沙尘沉降物中所含的碳酸盐含量并没有提供这样的证据:从额济纳旗(15%)→银川(8.58%)→榆林(9.29%)→西安(13.5%)→包头 (14.16%)→大同 (13.33%)→张北(14.5%)→北京(14.42%)并没有体现出沙尘沉降物样品中碳酸盐含量逐渐降低的趋势。另外,文献[8]所指的表土仅仅是沙漠和沙地,并没有包括除沙漠和沙地以外的其它地表裸土,这是不全面的。事实上,亚洲内陆所有沙漠沙地中的沙经过长期的风力分选,多为63～500μm粒级的细沙和中沙,占85%以上,而可远程搬运的粉砂及粘土含量极少[31,32]。中国西部沙漠和沙地不太可能为沙尘天气提供大量的可供远程搬运的细颗粒物质,对沙尘暴特别是远程沙尘暴中的粉尘组成贡献微乎其微。相反,中国西部干枯的湖泊、弃耕的荒地与裸露的沙砾草场等表土是真正影响整个华北地区沙尘天气的物源地[31],而目前还无法确定这些表土的碳酸盐含量是否也遵循自西向东逐渐降低的规律,哈尔滨道路表土中碳酸盐含量的高值(平均值10.5%,与黄河中游黄土的碳酸盐10%的含量[23]接近)而沙尘沉降物碳酸盐含量的低值(5.28%)似乎也不支持这一规律。

哈尔滨沙尘样品碳酸盐含量的低值似乎暗示来自西北粉尘源区(具有较高的碳酸盐含量)的贡献较小,但哈尔滨道路裸土碳酸盐含量的高值又否定了这种暗示。哈尔滨沙尘沉降物碳酸盐含量的低值而道路表土碳酸盐含量的高值表明仅有碳酸盐含量还不足以证明沙尘的物质来源,沙尘沉降物中的碳酸盐的来源可能需要新的认识。因此,利用大气粉尘的碳酸盐含量示踪沙尘源区还有许多工作要做,其中中国西部粉尘源区各种类型表土碳酸盐背景值的建立是首要的工作之一。尽管如此,对于表土碳酸盐含量较低的地区,沙尘沉降物中的碳酸盐含量仍然可以作为示踪源区的参考,如某地沙尘暴期间碳酸盐含量较高则指示了非本地源的远源(西北表土碳酸盐含量较高的源区)对该地区沙尘暴的主要贡献作用。

3 碳同位素组成特征

哈尔滨沙尘沉降物的碳酸盐碳同位素分布范围比较稳定(表1),各样品碳酸盐δ13C在-6.39‰～-7.83‰,均值 -7.3‰,差别小于 -1.5‰,其中2002年沙尘沉降物碳酸盐δ13C为-7.12‰,2007年为-7.36‰,2008年为-7.51‰。道路表土碳酸盐δ13C为-7.5‰,大庆龙凤盐碱土碳酸盐δ13C为-5.08‰,哈尔滨荒山黄土、松花江哈尔滨段、松嫩沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量太少,未能测出δ13C值。哈尔滨沙尘沉降物中的碳酸盐δ13C组成(-7.3‰)普遍偏负,为国内有报道的最低值。例如,明显低于西安沙尘暴样品(-1.4‰～-4.2‰)[10]、黄土高原黄土δ13C(-4.2‰)[17]和现代沙漠源区风成砂碳酸盐δ13C(-3.6‰～2.1‰)[8],而与哈尔滨道路表土δ13C(-7.5‰)、西安现代表土δ13C(-7.6‰)[23]、黄土高原古土壤δ13C (-7.9‰)[17]以及西安正常天气样品的δ13C(-7.5‰～-9.3‰)[10]接近。

中国粉尘源区表土碳酸盐的δ13C组成具有较强的区域性(图1),在空间上随着年降水量的增加而逐渐偏负[8,10]。中国西部沙漠沙地表土碳酸盐δ13C值分别为(自西向东):塔克拉玛干沙漠0.70‰,古尔班通古特沙漠-3.38‰,库姆塔格沙漠2.15‰,巴丹吉林沙漠-0.22‰,河西走廊戈壁-1.7‰,腾格里沙漠-2.59‰,乌兰布和沙漠-2.7‰,毛乌素沙漠-3.57‰,内蒙古中部干草原地区-6.96‰。不仅如此,中国黄土高原黄土(L1)碳酸盐δ13C组成自西(北)向东(南)也表现出逐渐负偏的趋势:兰州黄土碳酸盐δ13C值为-1.35‰[22],会宁黄土δ13C值为-2.48‰[33],榆林黄土δ13C值为 -4.2‰[17],吉县黄土δ13C值为 -4.43‰[33],洛川黄土δ13C值为-6.03‰[34],渭南黄土δ13C值为-6.16‰[33],西安黄土δ13C值为-6.93‰[34]。2002年3月20日的沙尘暴天气起源于中亚地区,经过新疆地区传入西安,而后向东输送并横扫下风区的18个省市,并最终影响到韩国[10]。研究者在韩国 Kosan站点采集了这次沙尘样品并获得了一个碳酸盐碳同位素数据为-1.4‰,与西安同次沙尘的一个数据一致[10]。以上研究说明,不同来源的碳酸盐在同位素上存在差异,且碳同位素组成在长距离的输送中不会发生同位素分馏(能保持高度的稳定性),因此可以利用沙尘沉降物的碳酸盐δ13C值的变化判别其来源及成因特征,是指示粉尘源区较好的示踪指标。

图1 不同地质体的碳酸盐及碳同位素组成对比Fig.1 The comparsion of carbonate and carbon isotopic composition in different sediments

黄土-古土壤中碳酸盐碳同位素演化的基本原理可进一步概括如下:黄土-古土壤中碳酸盐的初始物质主要是原生碳酸盐,其δ13C值都大于或近于零,在黄土堆积过程中,原生碳酸盐经过溶解与再沉淀而形成次生碳酸盐;次生碳酸盐碳同位素组成主要由土壤中CO2气体的δ13C值所决定,由于光合作用使得12C富集,植物体分解产生的土壤CO2气体继承了其母体(植物体)本身的碳同位素组成,所以较之原生碳酸盐,土壤CO2气体的δ13C值偏负,土壤碳酸盐δ13C值相应偏负。即原生碳酸盐δ13C偏正而次生碳酸盐δ13C偏负;伴随成土作用不断进行,原生碳酸盐愈来愈少而次生碳酸盐愈来愈多,从而导致全岩碳酸盐碳同位素组成偏负。因此,在黄土—古土壤剖面中古土壤碳酸盐的δ13C(-7.9‰)比黄土(-4.2‰)变得更偏负。黄土剖面中碳酸盐的δ13C被用做一种古气候变化的指标,即当δ13C更负时,对应时段为气候比较暖湿、生物活动频繁的古环境状况;反之亦然[23]。鉴于此,气候干燥的现代沙漠源区风成砂碳酸盐δ13C范围为-3.6‰～2.1‰;而相比之下,黄土高原地区气候温暖湿润,次生碳酸盐易于形成,导致黄土高原表土中碳酸盐δ13C明显低于沙漠源区,约-7‰～-8‰。正是基于中国粉尘源区表土碳酸盐δ13C值在空间上随着年降水量的增加而逐渐偏负的机理,使得利用接收区大气粉尘碳酸盐δ13C值来示踪不同的源区成为可能。

由于碳酸盐的同位素在传输过程中不发生显著的同位素分馏,沙尘天气样品中碳酸盐δ13C值(如西安沙尘样品碳酸盐δ13C为-1.4‰～-4.2‰)与粉尘源区地表的现代风成砂中碳酸盐δ13C值非常接近,而正常天气下地表土自然释放(如西安正常天气的气溶胶碳酸盐δ13C约为-7.5‰～-9.3‰)的细粒子进入大气中,使碳酸盐气溶胶的13C变得相对亏损(-9.7‰),与沙尘大气有明显区别。即粉尘接收区地表碳酸盐的δ13CSC值通常较源区偏负得多,如西安刘家坡地表黑垆土碳酸盐δ13C值为-7.61%[23],哈尔滨道路表土碳酸盐δ13C值为-7.5%。由此,可以根据某一观测点环境大气碳酸盐δ13C值的大小推知其主导来源,如果δ13C值偏低(如-9‰),可以认为它主要来自降水丰富、人为活动较强烈的沙化土地、草原退化土地、局地扬尘,如果δ13C值偏高(如-3‰),可以认为西北沙漠源区物质占主导贡献。哈尔滨沙尘沉降物中的碳酸盐δ13C组成(-7.3‰)为国内有报道的最低值,与道路表土一致,显示本地源而非西北粉尘源区对哈尔滨沙尘的主要贡献。因此,可以利用接收区粉尘碳酸盐的δ13C值来分辨远源粉尘的贡献。当然不同源区粉尘的混合会加大源区分辨的难度。

4 结论

哈尔滨沙尘沉降物中的碳酸盐含量普遍偏低,为国内有报道的最低值;对于表土碳酸盐含量较低的地区,沙尘沉降物中的碳酸盐含量仍然可以作为示踪源区的参考。哈尔滨沙尘沉降物的碳酸盐碳同位素组成也为国内有报道的最低值,由于不同来源的碳酸盐碳同位素存在差异,且稳定同位素组成在风蚀、传输和沉降过程中能保持高度的稳定性(不发生同位素分馏),因而沙尘沉降物碳酸盐碳同位素组成可以作为粉尘源区的示踪指标。

哈尔滨沙尘沉降物碳酸盐含量的低值而道路表土碳酸盐含量的高值表明仅有碳酸盐含量还不足以证明沙尘的物质来源,碳同位素组成则显示本地源而非西北粉尘源区对沙尘的主要贡献。进一步丰富粉尘源区表土的碳酸盐含量和δ13C组成,对于利用这些指标进行粉尘源区追踪具有重要意义。

本研究碳酸盐测试由中科院地球环境研究所孙有斌教授完成,碳酸盐碳同位素由中科院地质与地球物理研究所刘强博士完成,此致谢忱!

[1] JICKELLS T D,AN Z S,ANDERSEN K K,et al.Global iron connections between desert dust,ocean biogeochemistry,and climate[J].Science,2005,308(5718):67-71.

[2] PETTKE T,HALL IDA Y A N,HALL CM,et al.Dust p roduction and deposition in Asia and the north Pacific Ocean over past 12 M yr[J].Earth and Planetary Science Letters,2000, 178:397-413.

[3] 谢静,丁仲礼.中国东北部沙地重矿物组成及沙源分析[J].中国科学,2007,37(8):1065-1072.

[4] 沈振兴,张小曳,曹军骥,等.粘土矿物比率对沙尘源区的指示[J].环境科学,2005,26(4):30-34.

[5] 胡克,陈兵,H IROYU KI KITAGAW,等.松嫩平原西部碱尘气溶胶的元素特征分析[J].吉林大学学报(地球科学版),2006, 36(3):417-423.

[6] 韩力慧,庄国顺,孙业乐,等.北京大气颗粒物污染本地源与外来源的区分——元素比值M g/A l示踪法估算矿物气溶胶外来源的贡献[J].中国科学(B辑),2005,35(3):237-246.

[7] 张崧,刘平,靳春胜,等.2006年4月17日北京特大降尘的地球化学特征[J].海洋地质与第四纪地质,2008,28(3):35-42.

[8] 王亚强,曹军骥,张小曳,等.中国粉尘源区表土碳酸盐含量与碳氧同位素组成[J].海洋地质与第四纪地质,2004,24(1):113 -117.

[9] 张烃,董旭辉.碳酸盐碳测定在沙尘暴来源地识别中的应用[J].中国环境监测,2002,18(2):11-14.

[10] 曹军骥,王亚强,张小曳,等.大气中碳酸盐的碳同位素分析及其来源指示意义[J].科学通报,2004,49(17):1785-1788.

[11] 张崧,HELLER F,靳春胜,等.2006年4月17日北京降尘的粒度分布与磁学特征[J].第四纪研究,2008,28(2):354-362.

[12] 李珍,张家武,马海洲.西宁黄土石英颗粒表面结构与黄土物质来源探讨[J].沉积学报,1999,17(2):221-225.

[13] 郑妍,张世红.北京市区尘土与表土的磁学性质及其环境意义[J].科学通报,2007,52(20):2399-2406.

[14] 介冬梅,胡克,霍新疆,等.东北地区2002年春季沙尘暴的物质特征和成因分析[J].环境科学,2004,25(2):27-31.

[15] 郭志刚,李钜源,冯家良,等.2002年华北沿海特大沙尘单体长链正构烷烃的碳同位素组成[J].科学通报,2006,51(4):436 -441.

[16] 刘东生.黄土与环境[M].北京:科学出版社,1985.1-412.

[17] 李春园,王先彬,文启彬,等.黄土沉积物中碳酸盐的碳氧同位素组成特征与古气候[J].中国科学(B辑),1995,25(3):318-323.

[18] HESSE P R.A Textbook of Soil Chemical Analysis[M].New York:Chemical Publishing C.,Inc.1972.

[19] DONER H E,LYNN W C.Carbonate,halide,sulfate,and sulfide mineral[A].M inerals in Soil Environments[C].Madison, W I:Soil Science Society of America,1977.75-98.

[20] CRA IG H.Isotopic standards for carbon and oxygen and correction factors for mass spectrometric analysis of carbon dioxide[J].Geochim Cosmochim Acta,1957,12:122-149.

[21] 沈雪芬,陈骏,杨杰东,等.不同粒级黄土—古土壤中碳酸盐碳氧稳定同位素组成及其古环境意义[J].地球化学,2002,31 (2):105-112.

[22] 陈发虎,张维信.甘青地区的黄土地层学与第四纪冰川问题[M].北京:科学出版社,1990.1-149.

[23] 文启忠.中国黄土地球化学[M].北京:科学出版社,1989.110 -158.

[24] 赵景波.西北黄土区第四纪土壤与环境[M].西安:陕西科学技术出版社,1994.1-160.

[25] 顾兆炎,刘荣谟,刘禹.黄土—古土壤碳酸盐稳定同位素组成与古环境的关系[A].刘东生,安芷生.黄土·第四纪地质·全球变化(第三集)[C].北京:科学出版社,1992.55-61.

[26] 王国安.稳定碳同位素在第四纪古环境研究中的应用[J].第四纪研究,2003,23(5):471-484.

[27] 宁有丰,刘卫国,安芷生.甘肃西峰黄土—古土壤剖面的碳酸盐与有机碳的碳同位素差值(△δ13C)的变化及其古环境意义[J].科学通报,2006,51(15):1828-1832.

[28] JENNY H.The Soil Resource[M].New York:Sp ringer,1980. 23-27.

[29] SCHLESINGERW H.The formation of caliche in soils of the Mojave desert,California[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1985,49:57-66.

[30] CHUL-UN RO.Chemical speciation of individual atmospheric particles using low-Zelectron p robe X-raymicroanalysis:Characterizing"Asian Dust"deposited w ith rainwater in Seoul,Korea[J].A tmospheric Environment,2001(35):1-11.

[31] 岳乐平,杨利荣,李智佩,等.西北地区干枯湖床沉积粒度组成与东亚沙尘天气[J].沉积学报,2004,22(2):325-331.

[32] 钱亦兵,吴兆宁,陈冬梅,等.准噶尔中南部沙尘暴源区地表沉积物粒度特征[J].中国沙漠,2005,25(6):831-837.

[33] 刘东生.第四纪环境[M].北京:科学出版社,1997.189-239.

[34] 林本海,刘荣谟,安芷生,等.最近130ka西安和洛川黄土稳定同位素的初步研究[A].刘东生,安芷生.黄土·第四纪地质·全球变化论文集(四)[C].北京:科学出版社,1996.82-89.

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

国家自然科学基金项目(41072259);黑龙江省自然科学基金项目(G200803);哈尔滨师范大学青年学术骨干资助计划项目(08KXQ-02)

谢远云(1971-),男,博士,副教授,主要从事第四纪地质研究。E-mail:xyy0451@sina.com