陸地地表物質在日曬雨淋和生物共同作用下，會發生物理和化學性質的改變，進而形成新礦物，特別是新的粘土礦物。這一過程被稱為地表風化作用。地表風化作用受氣候變化、地表物質組成和生物活動等多重因素影響。這一過程還會消耗大氣CO2，產生微生物種群聚集，發育不同的土壤，並調節區域環境。長期以來，雖然風化過程在地表無處不在，但對於其在特定區域的演變過程及其驅動機制尚不清楚，是表層地球系統科學研究的一個難點。我校地理與海洋科學學院環境演變課題組，圍繞渭河盆地的沉積記錄，開展了我國中部風化强度演化和季風演變的研究，取得了重要進展。他們的研究成果以中英文形式同時在重要學術刊物《中國科學：地球科學》發表，受到同行專家的高度肯定。我校碩士研究生呂恒志為該論文第一作者，鹿化煜教授為通訊作者。
渭河盆地是位於我國中部的一個斷陷盆地，伴隨著其南邊的秦嶺造山帶和北邊的鄂爾多斯地塊在新生代（最近6000萬年的時間段）的不斷抬升，和渭河盆地持續沉降，盆地中心堆積了厚度約9千米的沉積物，其成為揭示過去5000萬年環境演變不可多得的資料。渭河流域面積13.48萬平方公里，其流水彙集到渭河盆地（面積2萬平方公里）。渭河流域地表徑流受季節分明的季風降水控制，囙此，渭河盆地相當於流域內季風降水的“雨量筒”，記錄著流域降水長期變化過程。其中，流域降水和濕度是影響地表風化强度的關鍵因素之一。在渭河流域，新增的降水量和升高的氣溫，會加强流域風化强度。風化强度增强是過去降水和溫度升高的寫照。
呂恒志同學從2018年攻讀碩士學位開始，導師鹿化煜教授為他製定了利用渭河盆地沉積序列粘土礦物組合重建風化强度的學位論文主題。他們對渭河盆地東南部藍田地區出露的1600多米的沉積剖面進行了系統分析，選取了沉積序列中具有代表性的河湖相細顆粒層位138層（圖1、圖2），開展土壤形態、岩石薄片、礦物組成、粘土礦物組合以及沉積相、序列對比等分析，重建了近5000萬年以來渭河流域風化强度的演變過程。呂恒志同學等在我校和同濟大學，應用X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）和X射線能譜（EDS）系統等先進儀器，進行測試分析，獲得了粘土礦物組成的準確數據（圖3、圖4），成為揭示渭河流域風化强度演變的新記錄。
他們的研究表明，渭河盆地新生代河湖相沉積物黏土礦物組成以蒙皂石和伊利石為主，含量可達到91%；綠泥石、高嶺石次之，含量在8%左右。渭河盆地沉積序列的蒙皂石是半乾旱氣候條件下的產物，其含量變化訓示了氣候幹濕程度的變化，進而是風化强度的訓示。伊利石結晶度、伊利石化學指數、蒙皂石與伊利石和綠泥石的比例等，表明中晚始新世（距今4000萬年前）渭河流域可能處於較為濕潤的環境，揭示了4600萬年以來在半乾旱半濕潤的環境下，渭河流域化學風化階段性减弱的演化特徵。他們的黏土礦物分析還揭示，隨著中新世中期（1600萬年）以來全球溫度階段性降低，渭河盆地風化强度逐步减弱；4600萬年以來東亞氣候階段性演化並在第四紀變幹。他們的研究表明，在始新世和漸新世（距今約5000-2400萬年），渭河流域就可能有較大的降水量和季節性幹濕變化，訓示在那時亞洲季風氣候可能已經開始發育。當時的季風氣候應該是一種相對熱幹背景下的季風，降水量大但蒸發量也高，與現在的季風環流可能有一定的區別。另外，渭河盆地在3400萬年前後的氣候變幹，可能是對當時全球變冷轉型（EOT）的響應。那時，南極洲的冰蓋快速增長，地球從暖濕氣候（Green house）轉變為乾冷氣候（Ice house），海面迅速降低，地球高緯和低緯溫度梯度增大。渭河盆地的黏土礦物組合還揭示，在晚新生代東亞氣候演變與全球、尤其是北半球溫度變化有直接聯系。當然，上述這些新的認識，還需要進一步研究檢驗。
參加這項研究的還有同濟大學海洋地質國家重點實驗室劉志飛教授，我校地球科學與工程學院季峻峰教授以及兩組織的師生王逸超、張瀚之、王珧、王可欣、賴文、李豔麗。這項研究是我校“關鍵地球物質迴圈前沿科學中心”新成果之一。研究工作得到了國家自然科學基金委委員會基礎研究中心項目、重大專案課題和創新研究群體項目的聯合資助。
圖1.渭河流域工作地點圖。1a渭河流域在亞洲季風環流中的位置（五角星訓示渭河盆地）；1b渭河盆地藍田地區採樣點（紅色實心圓）。
圖2.渭河盆地連續的新生代沉積序列及黏土礦物研究分析採樣層位（黑色加號）
圖3.渭河盆地新生代沉積序列黏土礦物樣品定向片X射線衍射分析（XRD）譜.（a）含坡縷石樣品；（b）不含坡縷石樣品.
圖4.渭河盆地新生代沉積序列黏土礦物揭示的風化强度變化過程
論文資訊：
呂恒志，鹿化煜，王逸超，張瀚之，王珧，王可欣，賴文，劉志飛，李豔麗，季峻峰.2021.中始新世晚期以來東亞氣候變化的渭河盆地黏土礦物記錄.中國科學：地球科學，51，doi: 10.1360/SSTe-2020-0369（Lyu H，Lu H，Wang Y，Zhang H，Wang Y，Wang K，Lai W，Liu Z，Li Y，Ji J. 2021. East Asian paleoclimate change in the Weihe Basin（central China）since the middleEocene revealed by clay mineral analysis.Science China Earth Sciences，https://doi.org/10.1007/s11430-020-9799-6）
論文連結：
中文：https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/SSTe/doi/10.1360/SSTe-2020-0369？slug=fulltext
（英文：https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/SCES/64/8/10.1007/s11430-020-9799-6？slug=fulltex）
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