地貌特征控制着塔里木盆地大气尘埃的粒度和成分

《Journal of Environmental Sciences》：Geomorphic settings control on particle size and composition of atmospheric dust in the Tarim Basin

【字体：大中小】 时间：2026年05月11日 来源：Journal of Environmental Sciences 6.3

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　　吴峰|程燕|张峰|周飞|宋娜|胡泰峰|曹俊基|张代洲中国科学院地球环境研究所黄土科学国家重点实验室，中国西安710061摘要塔里木盆地的大气尘埃主要来源于两种地貌类型：盆地内部的沙丘和边缘的砾石沙漠。然而，这些地表产生的颗粒在成分和特性上的差异与相似之处尚不明确，这给野外观测和模

吴峰|程燕|张峰|周飞|宋娜|胡泰峰|曹俊基|张代洲

中国科学院地球环境研究所黄土科学国家重点实验室，中国西安710061

摘要

塔里木盆地的大气尘埃主要来源于两种地貌类型：盆地内部的沙丘和边缘的砾石沙漠。然而，这些地表产生的颗粒在成分和特性上的差异与相似之处尚不明确，这给野外观测和模型模拟中的准确表示带来了挑战。本研究利用实验室尘埃生成装置，分析了这两种来源的尘埃颗粒粒径分布（PSD）和化学组成。结果表明，砾石沙漠产生的尘埃（GD）颗粒较为粗大，其数量和质量峰值分别约为1.0–1.5微米和5.5微米；而沙丘产生的尘埃（SD）颗粒数量峰值约为1.0微米，质量峰值呈现双峰分布，分别为1.5–1.6微米和4.7微米。SD富含细颗粒，而GD则以粗颗粒为主。离子分析显示，GD中的钙（Ca2?）和硫酸盐（SO?2?）含量较高，而钠（Na?）和氯（Cl?）含量较低。GD中的Cl?/SO?2?和Na?/Ca2?质量比值分别为0.3 ± 0.2和0.2 ± 0.1，而SD分别为2.8 ± 2.1和2.9 ± 1.8。GD中的Ca/Al质量比值（2.0 ± 0.8）也高于SD（0.9 ± 0.4）。不同地貌条件下的土壤粒径分布和地球化学特性可能直接或间接影响尘埃的粒径分布和化学组成。本研究为了解塔里木沙漠尘埃的来源提供了额外证据，并有助于更好地理解其独特的光学特性和吸湿性，强调了在大气观测和模型中区分尘埃来源的重要性。

引言

矿物尘埃的粒径分布（PSD）和化学组成是决定其大气寿命（Adebiyi等人，2023；Ito等人，2021）、光学和辐射特性（Potenza等人，2016；Ysard等人，2018）、异质化学反应性（Gaston，2020；Wang等人，2014）以及冰核形成效率（Kaufmann等人，2016；Paramonov等人，2018）的基本参数。这些物理化学性质极大地影响了大气尘埃与辐射、云层和微量气体的相互作用，从而决定了其对气候和环境的影响。近期研究表明，这些特性的不确定性仍是尘埃-气候建模和环境影响评估中的主要误差来源（Adebiyi等人，2023；Chen等人，2020；Gaston，2020；Ito等人，2021；Kok，2011；Meng等人，2022；Webb等人，2021；Wu等人，2022）。

卫星观测和模型研究一致认为内陆盆地是尘埃排放的主要来源（Bullard等人，2011；Ginoux等人，2001）。这些盆地通常覆盖大面积区域，具有多样的地貌类型，包括裸露的岩石地表、风成沙丘、河流沉积物、内流洼地和固结地表（Bullard等人，2008）。每种地表类型都具有独特的结构和地球化学特性，这些特性直接影响尘埃的排放效率及其粒径分布和化学组成（Mikami等人，2005；Wang等人，2021）。评估这些沉积环境的贡献并表征排放尘埃的特性对于全面理解尘埃循环及其对气候系统的影响至关重要。

塔里木盆地是北半球最重要的尘埃来源区域之一，年排放量估计约为4亿吨（Zhang等人，1997）。该盆地典型的干旱内陆特征是中部地区有广阔的沙丘，边缘地区分布着砾石沙漠。源自该盆地的尘埃通常被称为塔里木沙漠尘埃，其中包含来自这两种地表类型的颗粒。许多研究关注了塔里木沙漠尘埃事件及其气候影响（Bi等人，2022；Chen等人，2013；Ge等人，2014；Li和Wang，2022；Yumimoto等人，2009；Zhou等人，2023），特别是不同地形之间的土壤排放潜力差异及其对区域尘埃排放的相对贡献。尽管对塔里木沙漠尘埃有大量研究，但直接比较砾石沙漠尘埃（GD）和沙丘尘埃（SD）的粒径分布和化学组成的研究仍然较少。

在本研究中，我们使用了一个可控的实验室尘埃生成系统，模拟了从塔里木盆地砾石沙漠和沙丘环境中收集的地表土壤产生的尘埃排放过程。我们分析了排放尘埃的粒径分布、离子组成和元素丰度，以阐明地貌和地球化学因素如何控制尘埃的特性。本研究的目标是：（1）识别SD和GD颗粒的独特物理化学特性；（2）提供具有地貌学信息的来源分布，以便更好地模拟塔里木沙漠尘埃对其环境和气候影响的评估。

章节摘录

研究区域

塔里木盆地位于中国新疆南部（35°N–42°N，74°E–90°E），面积约为53万平方公里。该盆地南邻昆仑山脉，西靠帕米尔高原，北依天山山脉（附录A 图S1a）。盆地中心区域以塔里木沙漠为主，这是全球最大、最活跃的沙丘系统之一。沙漠周边地区主要是砾石沙漠，其特征是...

粒径分布（PSD）

图1展示了SD和GD颗粒的粒径分布，包括标准化数量分布和质量分布以及累积分数。两种尘埃类型的数量分布均为单峰分布。对于SD颗粒，其模态直径在所有旋转速度下均集中在约1.0微米。相比之下，GD颗粒的模态直径从800转/分钟时的约1.5微米降至1200转/分钟时的1.0微米，之后保持稳定。

两种尘埃类型的质量分布均为双峰分布，其中...

地貌对尘埃物理化学特性的影响

研究结果显示，塔里木盆地砾石沙漠和沙丘产生的尘埃具有不同的粒径分布。具体来说，GD颗粒较粗大，而SD颗粒以细颗粒为主。在美国加利福尼亚州的Oceano Dunes地区，对海岸沙丘的质量粒径分布进行了直接测量，结果显示沙丘释放的尘埃比非沙质土壤释放的尘埃更为细小（

结论

本研究对比分析了塔里木盆地砾石沙漠和沙丘表面产生的尘埃气溶胶的粒径分布（PSD）和化学组成。结果表明，这两种地貌来源产生的尘埃具有不同的物理化学特性：GD颗粒较粗大，富含CaSO?；而SD颗粒较细小，含有较高浓度的NaCl。

研究结果表明，砾石沙漠是该地区大气尘埃的主要地貌来源

附录A 补充数据

与本文相关的补充数据可在在线版本xxxxxx中找到。

CRediT作者贡献声明

吴峰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法论研究，概念构思。程燕：撰写 – 审稿与编辑。张峰：资料收集。周飞：数据采集。宋娜：数据采集。胡泰峰：撰写 – 审稿与编辑，验证。曹俊基：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金申请。张代洲：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念构思。

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的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号42030511和41971150）、中国科学院战略性先导科技专项（编号XDB40030200）以及

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