末次盛冰期以来毛乌素沙地区域风蚀和粉尘释放的过程与机制研究

As an important part of Earth Surface System, dust processes involve material transportation over different spatial and temporal scales, and impact on global geochemical cycles and energy balance. Lack of knowledge about geological wind erosion that related to dust emission and its influential factors is adverse to accurate evaluation on past dust activity and its effects on the climate and environment. This project focuses on the Mu Us dune field which is a typical dust source in Asia, and on basis of the last project granted to young scientists, this project aims to reconstruct the processes of wind erosion and estimate the dust emission in the Mu Us dune field since the Last Glacial Maximum by the application of field observation, experimental analysis and model calculation. The dust deposits in downwind areas will also be studied by chronological and provenance analysis, to calculate dust accumulation rate. By comparing the reconstruction and calculation results from both dust source and dust deposition regions, as well as the results from other studies, this study will establish a regional mode for wind erosion, dust emission, transportation and deposition quantitatively, and investigate the influential mechanisms. This study may develop a new approach for paleo-dust studies, and will also be helpful for constraint on paleoclimate simulations and dust effect evaluations.

作为地球表层系统的重要组成部分，粉尘过程涉及到不同时空尺度的物质输移，并影响着全球的地球化学循环和能量平衡。目前对地质历史时期与粉尘释放相关的风蚀过程及其影响因素了解较少，这不利于准确评估古粉尘释放强度及其气候环境效应。本项目拟以毛乌素沙地这一典型亚洲粉尘源区为例，在青年基金项目的基础上，利用野外观测、实验分析和模型计算相结合的方法，重建末次盛冰期以来毛乌素沙地的风沙蚀积过程，并估算与之相关的粉尘排放量；对下风向近源粉尘堆积进行高密度沉积、年代和物源分析，计算粉尘沉积通量；对比分析粉尘源区和堆积区的重建和计算结果，并与其它研究结果进行对比，定量构建该区域的风蚀-粉尘释放和传输-沉积模式，探讨影响毛乌素沙地古风蚀过程和粉尘释放的主要因素及驱动机制。本研究有希望建立古风蚀和粉尘过程研究的新途径，也有助于古气候模拟结果的检验以及粉尘气候环境效应的评价。

沙漠和沙地作为地球表层系统的重要组成部分，广泛分布在干旱半干旱地区，是全球粉尘的重要源区，对气候环境变化有敏感响应。目前学术界对地质历史时期沙漠和沙地的环境变化、及其与之关联的区域风蚀与粉尘释放等方面了解程度有限，相关问题仍然是地球系统科学领域的研究热点。本项目以毛乌素沙地这一全球典型半干旱沙地为例，围绕风沙蚀积过程及其对气候变化的响应等科学问题，通过多次野外考察，获得能够反映末次盛冰期以来区域风沙蚀积过程的高精度沉积序列；开展大量实验分析和数据集成，构建全新世以来我国北方沙地沙丘稳定性时空变化数据库；结合地貌过程分析和模型，估算沙丘活化和土壤风蚀过程中的粉尘排放量。. 本项目的主要研究结果包括：发现了沙丘双稳态现象并提出了半干旱沙区环境非线性演化的新机理；重建了末次盛冰期以来沙地-黄土高原过渡带的风沙蚀积过程和粉尘沉积通量变化；提出了晚全新世以来沙丘内部古土壤的侵蚀能够持续释放数量可观的粉尘颗粒；阐明了我国北方中部沙漠沙地风沙环境的近期变化及其影响因素。通过联系毛乌素沙地扩张-侵蚀和黄土高原粉尘堆积耦合过程，本项目深入探讨了影响沙丘活动、风沙蚀积、粉尘释放和堆积的主要因素和驱动机制。研究结果加深了对风沙地貌过程的理解，揭示了干旱区过去环境变化的新规律。这将有助于评估气候变化对沙漠沙地和粉尘释放的影响及其效应，并且为开展干旱半干旱区的防沙治沙和区域生态文明建设提供科学理论基础。. 在本项目资助下，发表学术论文9篇，包括Science子刊等SCI论文6篇，部分成果入选了2020年度中国地理科学十大研究进展（第一完成人）。项目负责人受到国际风沙学会（ISAR）和中国地理学会邀请，分别于2021年和2022年在国际风沙学会线上系列论坛和中国地理学会大讲堂做特邀报告。项目负责人还组织了2022年国际黄土大会青年论坛等学术活动，并得到国际第四纪研究会（INQUA）的通讯报道，促进了相关领域的学术交流。