《CATENA》：Grain size and Rare Earth Element analyses reveal the influence of aeolian-fluvial interactions on sand transport along the southern margin of the Taklimakan Desert
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本研究通过整合颗粒大小与稀土元素地球化学分析及遥感数据，揭示了塔克拉玛干沙漠南部边缘风成-水成相互作用对沙粒运输的影响机制。结果表明，东部粗颗粒主要源自东昆仑山及阿尔泰山，西部则受东、西昆仑山共同影响；东部因风速、风向与河流特征协同作用形成沙丘攀爬现象，而西部未见此类结构。该研究为干旱区沙漠边缘景观演化提供了理论支撑。
崔克军|李胜宇|姜启达|菲利普·德·梅耶|阿莫里·弗兰克尔
中国科学院新疆生态与地理研究所沙漠与绿洲生态国家重点实验室，中国新疆乌鲁木齐北京南路818号，830011
摘要
风成与河流过程的相互作用对塔克拉玛干沙漠南缘的沙粒输送至关重要。然而，在这一背景下，河流过程和沉积物来源的作用仍不够明确。本研究探讨了风成和河流过程共同作用对沙粒输送的影响，重点关注输送路径、距离和机制。通过结合粒径分析、稀土元素（REE）地球化学以及遥感技术，我们研究了塔克拉玛干沙漠南缘的输送过程，并阐明了河流在沙漠边缘的双重作用。研究结果表明，沉积物来源、沉积结构及输送机制存在显著的空间差异：粗颗粒主要来自东昆仑山和阿尔金山；西部地区则受到东昆仑山和西昆仑山的双重影响。东部样本的来源较为复杂，而西部样本的沉积过程较为稳定，沉积物来源较为集中。仅有东部边缘存在爬坡沙丘，西部则没有；其形成受到风速和风向以及河流走向和流量的共同控制。总体而言，塔克拉玛干沙漠南缘的沉积过程表现出强烈的空间异质性。风成与河流过程的相互作用调节了沙粒的输送和沉积结构，凸显了它们在塑造沙漠景观中的关键作用。本研究加深了我们对沙漠边缘风成-河流动力学的理解，并为干旱环境中的沉积物来源分析和沙丘演化提供了理论支持。
引言
风成和河流过程通过持续重新分配沉积物共同塑造沙漠。虽然风是沙漠中的主要地貌作用力（Alebic-Juretic等人，2024年），但河流和洪水也会间歇性地提供并重新分配沉积物，这些沉积物随后会参与风驱动的输送过程（Bullard和McTainsh，2003年）。这种耦合现象被称为风成-河流相互作用，是沙漠沉积动力学的关键驱动因素（Li等人，2020年）。来自撒哈拉沙漠、纳米布沙漠和戈壁沙漠的全球证据表明，风成-河流相互作用控制着山区流域与干旱内陆盆地之间的沉积物联系（Jolivet等人，2021年；Wilson，1971年）。
为了揭示沙漠中的沉积物来源和输送路径，研究人员采用了多种多指标技术，包括粒径统计、主要元素化学、微量元素化学以及稀土元素（REE）地球化学（Chen等人，2022年；Ferrat等人，2011年；Zhou等人，2021年）。然而，现有的关于风成-河流系统的综合研究（包括Roskin和Yu（2023年）的最新综述）很少将REE地球化学与粒径的端元建模相结合。这种综合方法将有助于更清晰地理解活跃的风成-河流环境中的沉积物混合和输送过程。当进一步结合矿物学和同位素数据时，这种综合分析对于重建过去的环境和当前的沉积过程非常有用（Dr?llner等人，2025年；Muhs，2017年；Rittner等人，2016年）。
在塔克拉玛干沙漠的南缘，由于塔里木盆地内部强烈的风与从山区下来的间歇性洪水相遇，风成-河流相互作用尤为明显（Song等人，2022年）。这一地貌走廊为研究风和水如何共同调节空间和时间尺度上的沉积物供应和重新分配提供了理想的环境。鉴于风成-河流相互作用在沙漠边缘的关键作用，研究人员对此进行了广泛研究。早期研究（如Zhu等人，1981年）基于重矿物组合提出了局部沙源的观点。后来的碎屑锆石地质年代学和矿物学研究确定了昆仑山和天山山脉的沉积物来源（Rittner等人，2016年），而地球化学和REE地球化学分析揭示了粗颗粒和细颗粒的不同输送机制（Chen等人，2022年；Chen和Zhang，2025年；Yang等人，2007年）。Robins等人（2022年）的研究也指出，风成-河流相互作用本质上是沉积学过程，表现为河流沉积、风蚀搬运以及沙漠边缘沉积物再加工的交替阶段。将塔克拉玛干沙漠边缘置于这一沉积学背景下，有助于阐明在不同风强度、河流流量和地貌配置下各过程域的变化。从单一事件到数年的时间尺度来看，沙漠边缘是一个动态的过渡带，而不是一个静态的侵蚀-沉积边界。它既可作为促进洪水携带的沙粒向下风方向输送的输送带，也可作为阻碍风蚀搬运的屏障。明确这种切换行为对于理解河流如何调节沙漠扩张和沙粒可用性至关重要。尽管在概念上有所进展，但对沙漠边缘风成-河流耦合机制的理解仍有限。先前的研究主要证实了北部（天山山脉）和南部（昆仑山和阿尔金山）的山脉都向沙漠输送沉积物（Chen和Zhang，2025年；Jiang和Yang，2019年；Zhou等人，2021年）。然而，河流和风成过程重叠的沙漠边缘过渡带却鲜有关注。大多数研究将风和水视为独立系统，未能解决它们之间协同或对抗作用的强度和空间变异性问题（Yuan等人，2025年）。
风成-河流相互作用的一个显著表现是爬坡沙丘的空间不对称性。东部边缘存在爬坡沙丘，而西部边缘则没有。这种对比反映了风能、河流流量和地貌配置的根本差异，但导致这些差异的机制尚不明确。解决这一问题需要一个基于过程的框架，将沉积物来源与输送过程联系起来。
在这项研究中，我们旨在阐明塔克拉玛干沙漠南缘的河流如何调节沙粒供应、输送路径以及爬坡沙丘的形成。具体而言，我们旨在：（i）比较东部和西部地区的沉积物来源和输送机制的差异；（ii）验证河流既能促进也能限制风成沙粒的输送，从而在沙漠边缘产生沉积物混合现象；（iii）确定爬坡沙丘出现（或消失）的控制因素。通过整合地貌学、地球化学和沉积学证据，本研究为沙漠边缘的风成-河流相互作用提供了机制框架，为世界上最大的沙海之一的沉积物连通性和景观演化提供了新的见解。
研究区域
塔克拉玛干沙漠位于塔里木盆地中部，面积达3.37×105平方公里，其中85%为流动沙丘（Jin和He，2023年）。这片温带大陆沙漠具有极端的热条件，最高温度记录为67.2℃，昼夜温差超过40℃。年平均降水量低于100毫米（最低4-5毫米），而潜在蒸发量高达2500-3400毫米（Li和Yao，2023年）。塔克拉玛干沙漠及其边缘具有独特的
粒径特征
应用Sahu判别函数（Sahu，1964年）（图2A），结合平均粒径和分选参数，揭示了塔克拉玛干沙漠南缘的沉积环境和沉积物输送过程。进一步根据纬度（图2B）和经度（图2C）分析了空间变化。共有187个样本被鉴定为风成沙，48个为河流沙，8个为浊积沉积物。风成沙的粒径（Mz）
沙漠南缘沙粒的来源
如地质背景图（图1A）所示，西昆仑山、东昆仑山和阿尔金山之间的岩石组合存在系统差异，这为解释REE地球化学特征的东-西对比提供了依据。REE地球化学模式清晰地区分了塔克拉玛干沙漠南缘的沉积物来源，并揭示了它们的空间分化机制。
结论
本研究得出了几个重要结论。首先，发现了沉积物来源的显著东-西差异：东部的粗颗粒主要来自东昆仑山和阿尔金山，而西部的粗颗粒则受到东昆仑山和西昆仑山的双重影响；两区域的细颗粒主要来自东昆仑山和阿尔金山。西部样本的REE地球化学含量较低，Eu/Eu*值为负，表明
手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了Chat GPT来提高英语水平。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。
CRediT作者贡献声明
崔克军：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、概念化。李胜宇：撰写——审阅与编辑、验证、方法论、资金获取、概念化。姜启达：撰写——审阅与编辑。菲利普·德·梅耶：撰写——审阅与编辑、监督。阿莫里·弗兰克尔：撰写——审阅与编辑、验证、监督。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了“第三次新疆综合科学考察期间塔里木盆地风沙灾害调查与风险评估”（2021xjkk0305）、国家林业和草原管理局2021年重点研发项目‘强风沙地区公路风沙灾害防治关键技术的研究与示范’（GLM [2021] No.100，2022–2023）以及中国国家留学基金委员会（CSC）提供的奖学金的支持。
