黄土高原是中华文化的发祥地，其独特的地貌、气候和植被土壤组成，是地球表层的重要景观。黄土高原堆积了厚层的粉砂物质，有塬、墚、峁地形，植被为稀树草原和干草原。黄土高原跨越了山西、陕西、宁夏、青海、河南、内蒙古等省区，是我国重要的生产和生活区域。长期以来，关于黄土高原的形成演化及其环境变化，吸引着诸多的科学家进行研究。在十九世纪后期，黄土高原风成成因的学说就已经提出。在二十世纪八十年代，我国著名科学家，国家最高科学技术奖获得者、我校杰出校友刘东生院士在《黄土与环境》专著中，提出了黄土高原形成于距今约260万年前，并且是风力搬运的粉砂颗粒(直径2-63微米)长期堆积的结果。这一奠基性的研究结果，揭示了黄土高原的形成过程，是黄土高原形成演化的科学结论，成为后续研究的基础。

黄土高原的粉尘堆积由两部分组成，上部是260万年以来堆积的黄土，厚度从近400米到几十米不等；其下堆积着厚度100多米到几十米的类黄土堆积，专业上称为红粘土，其时间跨度为约800万年到260万年期间(在甘肃秦安、庄浪一带的红粘土年龄可达2200多万年) （图1）。在40多万平方公里黄土高原的区域中堆积着大量的红粘土和黄土，这些粉尘物质从哪里来、物源是否发生过变化，是认识黄土高原形成和演化的关键。但是，在前期的研究中，这一科学问题并没有得到全面解决。针对这一问题，我校地理与海洋科学学院鹿化煜教授课题组联合中外研究专家，对黄土高原具有代表性的佳县、靖边、洛川地区的红粘土和和黄土堆积，进行了系统的物源研究。他们对采集到的100多个典型样品，分离出锆石矿物颗粒，并对锆石颗粒进行了年龄测定。锆石抗风化性强，在长期的搬运沉积过程中基本稳定。锆石的年龄指示其形成的时间，其年龄谱像锆石的DNA一样，可以有效指示锆石颗粒的出处。基于这一原理，合作研究团队对近100个样品的37000多个年龄数据进行统计分析，结合源区分类和蒙特卡洛模型模拟等，获得了800万年来黄土高原沉积物主体来自于青藏高原东北部，同时，黄土堆积的物源区基本稳定的认识，为认识黄土高原形成过程提供了关键证据（图2）。这一研究结果近期在国际学术刊物《Science Advances》发表，受到关注。

对于黄土高原形成过程和机理的研究，对黄土高原的生态环境建设和资源利用，有科学指导的意义。黄土高原的粉尘堆积从800万年开始，其经历了红土高原和黄土高原两个阶段；黄土高原的这一形成过程，与800万年以来全球冰盖和冰川阶段性扩大、海平面降低、全球温度下降、我国北方干旱化和亚洲冬季风北风增强等有关。因此，他们提出了全球变冷在黄土高原形成过程中重要作用（图3），表明黄土高原形成与全球温度变化密切相关。

图1. 黄土高原的位置及其与潜在的物源区的联系。其中，橙黄色区域是黄土堆积区

图2. 约800万年以来黄土高原沉积物锆石年龄谱变化指示的物源变化及与全球温度、海平面、亚洲季风气候变化的联系

图3 山地风化剥蚀、沉积物传输、沙漠黄土堆积和黄土高原形成过程示意图

论文第一作者是南京大学地理与海洋科学学院张瀚之博士，通讯作者为鹿化煜教授。参加这项研究的还有我校地理与海洋科学学院和地球科学与工程学院的老师和同学、以及兰州大学、美国德克萨斯大学、英国赫尔大学、瑞典乌普萨拉大学的专家。研究工作得到了国家自然科学基金基金委员会基础科学中心、创新研究群体项目和南京大学关键地球物质循环前沿科学中心等联合资助。

论文信息：Hanzhi Zhang, Huayu Lu, Jing He, Wanting Xie, Hanlin Wang, Hongyan Zhang, Daniel Breecker, Anna Bird, Thomas Stevens,Junsheng Nie, Gaojun Li, 2022. Large-number detrital zircon U-Pb ages reveal global cooling caused the formation of the Chinese Loess Plateau during Late Miocene. Science Advances, 8 (41), eabq2007.

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq2007