中国北方干旱区沙漠风成砂Na/K比值与年均降水量的定量关系及其古气候重建意义

本研究针对沙漠地区降水定量重建难题，通过分析阿拉善沙漠47个表层风成砂样品及整合161个样本的Na2 O/K2 O比值，首次建立Na/K-MAP（年均降水量）转换函数（MAP = ?156.84×Na/K + 300.36, R2 =0.86），证实该比值可有效指示中国北方干旱区（MAP < 200 mm）古降水变化，为非生物气候代用指标开发提供新范式。

　　

在全球气候变化背景下，沙漠作为占陆地面积五分之一的特殊生态系统，其形成演化过程被视为区域气候响应的"敏感指示器"。然而，沙漠地区降水稀少、景观独特的特点，使得传统生物代用指标（如孢粉、植硅体）在此类环境下面临植被稀疏、季节偏差等局限，导致定量重建降水变化成为国际古气候研究的难点。中国北方干旱区沙漠作为全球最大的温带沙漠群，其古降水重建对理解东亚季风演变至关重要，但长期以来缺乏可靠的非生物代用指标。

兰州大学研究团队选择阿拉善沙漠为研究对象，系统采集47个表层风成砂样品，结合已有114个样本数据，采用X射线荧光光谱（XRF）分析不同粒级（>250 μm和125-250 μm）的Na₂
O和K₂
O含量，通过空间分异规律解析与气候因子相关性建模，首次建立适用于中国北方干旱沙漠区的Na/K-MAP定量关系模型。

关键实验技术

1. 多点位表层风成砂采样（规避植被/湖泊干扰）
2. 粒度分级处理（>250 μm与125-250 μm双组分）
3. X射线荧光光谱（XRF）元素定量分析
4. 空间插值法与气候数据耦合分析

研究结果

Proxy interpretation
研究发现风成砂中Na/K比值变化主要受控于化学风化强度而非物源或沉积分选：Na作为更易迁移的碱金属元素，其淋滤速率随降水量增加显著高于K，导致Na/K比值与MAP呈显著负相关（R²
=0.86）。该规律在MAP<200 mm的干旱区稳定性最佳，而在半干旱区（MAP>200 mm）因化学风化饱和导致指示性减弱。

Conclusions
研究确立Na/K比值作为中国北方四大沙漠（阿拉善、塔克拉玛干、柴达木、库姆塔格）古降水定量重建的新指标，其转换函数MAP = ?156.84×Na/K + 300.36的预测误差（RMSE=30 mm）满足干旱区精度需求。该成果突破传统生物代用指标局限，为沙漠腹地古水文重建提供方法论创新，同时为检验其他气候代用指标的可靠性提供独立参照系。

讨论与意义
该研究首次揭示Na/K比值在极端干旱环境下的气候指示价值，其物理机制在于降水驱动的差异性元素迁移：Na⁺
因水合离子半径小于K⁺
更易被淋失，导致比值变化对低降水量区间（50-200 mm）尤为敏感。相较于传统化学风化指标（如CIA、CIW），Na/K比值在弱风化背景下仍保持显著气候信号，这对重建地质历史时期超干旱事件具有独特优势。论文发表于地学顶级期刊《CATENA》，为全球干旱区古气候研究提供中国案例。