粉尘是地球气候系统的重要组成部分，对气候变化和生态环境演变具有深远影响。冰川侵蚀和构造剥蚀通常被视为控制亚洲粉尘粉砂碎屑物质产生和供应的主要因素。冰川活动的加强或剧烈的构造剥蚀作用会加剧高海拔地区的物理侵蚀，产生大量新鲜细颗粒岩石碎屑物质，通过大气传输沉降至各地，形成风成沉积。迄今，评估冰川侵蚀与构造剥蚀对中国风成沉积碎屑物质产生和供应具体影响的研究相对较少，限制了对全球气候变化、青藏高原构造隆升和亚洲粉尘释放之间关系的深入理解。
中国黄土和红粘土层序保存完好，且具有精确的磁性地层年代，蕴含了丰富的亚洲内陆干旱化、季风演变及高海拔山地物理侵蚀过程的信息。研究表明，柠檬酸盐-碳酸氢盐-连二亚硫酸盐（CBD）溶液能有效分离粉尘源区碎屑组分与沉积区成壤组分相关的磁学信号，为研究粉尘源区的侵蚀过程提供了新的方法。基于此，中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队对黄土高原中部朝那剖面6 Ma以来的风成沉积粗颗粒组分（>5μm）进行了CBD溶解实验，以揭示亚洲粉尘源区原始碎屑物质的产生与供应演变过程。岩石磁学分析结果显示（图1），CBD处理后样品的磁化率（χ）、饱和等温剩磁（SIRM）和S比值（S-ratio）在5.6 ~ 4.4 Ma期间呈现出最小值，对应于地球气候比较温暖的时期。之后，随着晚上新世以来全球气候的逐步变冷，χ、SIRM和S - ratio呈明显的长期增加趋势。结合已发表的沉积速率和地球化学数据，发现5.6 ~ 4.4 Ma期间，亚洲粉尘源区碎屑物质的产生和供应十分有限，随着全球逐渐变冷，粉尘碎屑物质的产生和供应明显增加。
图1 黄土高原朝那剖面6 Ma以来风成沉积CBD处理后的碎屑磁学参数（a-c）以及灵台(顾兆炎等，1999)和白水（Xiong et al., 2010）剖面地球化学记录(d-e)与全球气候和青藏高原主要隆升事件的对比(f-h)
随着全球变冷，青藏高原北部地区冰川大规模扩展，同时伴随着温度波动幅度的增加，上述过程会显著强化亚洲粉尘源区高海拔山地的寒冻风化与物理侵蚀过程。基岩物理侵蚀的加剧，释放出大量的新鲜岩石碎屑以及含二价铁矿物（如磁铁矿等）（图 1d），通过风力的传输成为青藏高原及周边风成沉积的重要部分，是导致粉尘碎屑磁学参数显著增大的主要原因（图2）。此外，全球气候的变冷还导致海洋表面温度显著下降，水汽供应减少，进一步加剧亚洲内陆的干旱，推动荒漠和戈壁干旱区的扩展，促进沙尘的释放和传输。上述研究表明，在青藏高原构造隆升的背景下，晚新生代全球气候变冷对中国黄土-红粘土等风成沉积碎屑物质的产生和供应起主导作用，丰富了以往研究认为的亚洲粉尘释放主要受干旱气候演化驱动的观点。
图2 全球变冷背景下物理侵蚀增强加剧亚洲粉尘产生与释放的概念模型
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引用：Wang, S., Zan, J., Heller, F., Fang, X., & Liu, X. (2024). Dynamic coupling between intensified physical erosion and Asian dust activity under late Cenozoic global cooling. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL110717.
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