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孟萌,April 16, 2026
黄土是由广阔的上陆壳表面风化物质，经风力搬运、强烈物理混合，堆积形成的沉积物，是估算上陆壳成分，尤其是不溶元素的天然良好介质。同时黄土是风成沉积物，记录了晚新生代亚洲粉尘活动和冰期-间冰期气候变化的信息。黄土具有均一的δ56Fe同位素组成，平均值为0.09‰ ± 0.03‰（图1）。
图1黄图的δ56Fe同位素组成
图2 黄土的δ137/134Ba同位素组成
尽管Fe含量随成土作用（碳酸盐淋失）变化，但Fe同位素未发生显著分馏，因此黄土可作为上地壳Fe同位素组成的代表。同样黄土样品的 δ137/134Ba也非常均一（-0.02‰ ~ 0.03‰），加权平均值为 0.00‰ ± 0.03‰（图2）。黄土的Ba 同位素不受化学风化程度和采样位置影响，适合代表上地壳组成。黄土样品的 δ87Rb变化范围小（-0.17‰ ~ -0.07‰），加权平均值为-0.11‰。黄土的值跟花岗岩、沉积物的Rb同位素值，被一起用来计算上地壳平均δ87Rb=-0.14‰±0.01‰，与地幔值接近。
除了约束UCC的组成，黄土也是记录气候变化的档案，同位素对气候的响应如何？这篇Zn同位素的工作就是很好的例子。对黄土-古土壤，以及他们的淋滤液、淋滤残渣的Zn同位素研究，发现全岩的δ⁶⁶Zn变化范围小:从0.17‰到0.30‰，古土壤平均值0.19‰比黄土平均值0.24‰低（图3）。古土壤相比黄土Zn/Al降低约7%，可淋滤Zn比例<3%，反映Zn在黄土风化中非常保守，大部分Zn仍保留在残留相中。
图3黄土-古土壤及淋滤的Zn同位素组成
图4成壤作用强度与Zn同位素组成
作者发现全岩δ⁶⁶Zn与粒度无明显相关性，排除风力分选的影响。但是随着磁化率增大，也就是成壤作用增强（图4），δ⁶⁶Zn从~0.24‰下降到~0.19‰。并能划分为三个阶段：分别是弱成壤、中等成壤与强成壤阶段，说明成壤作用是古土壤Zn同位素变化的主控因素。
除了约束UCC组成、响应气候变化，李伟强老师课题组2025年发表的工作，还用K同位素示踪黄土物源的变化。研究发现红粘土和黄土-古土壤序列的δ41K值有明显差异（图5）。两个剖面的红粘土值在-0.45‰到-0.35‰间（与BSE的值-0.4‰相当），而黄土-古土壤值在-0.63‰到-0.41‰间，明显低于红粘土的值。
图5红黏土与黄土-古土壤的K同位素组成
图6上陆壳物质的K同位素数据
前人研究发现在硅酸盐风化过程中，化学风化程度越大，风尘沉积物的Na/K和Na/Al就越低，K同位素比值约低，即二者应该有正相关关系。但样品的K同位素与Na/K和Na/Al却呈负相关，与风化残留物中K同位素行为相反，因此排除了风化作用的影响。并且风化强的古土壤与风化弱的黄土K同位素组成无明显差异，进一步否定了风化的控制作用。同时不同粒度组分的δ41K几乎一致，表明沉积分选对K同位素影响很微弱。排除了沉积过程中的分选以及沉积后的风化，作者将观察到的K同位素变化解释为物源的控制。
作者统计了上陆壳物质（包括沉积岩、土壤、河流沉积物、风化剖面等）的K同位素数据（图6），与黄土/古土壤、红粘土比较。发现上陆壳物质的K同位素比值范围很宽，从-1.2‰到-0.2‰，大部分集中在 -0.4‰~-0.8‰。而黄土/古土壤的低K同位素比值恰好落入这些上陆壳风化/再循环物质的范围。说明黄土-古土壤的物源包含大量预先风化或再循环的碎屑。而红粘土的K同位素组成接近BSE，说明其物源以新鲜剥蚀的物质（火成岩/变质岩）为主，未经历显著的风化循环。K同位素随时间从高（红粘土）向低（黄土）的突变，意味着物源从新鲜岩石转向风化碎屑。
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