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  • ISSN 1000-0240 
  • 创刊于1979年
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冰川冻土, 2021, 43(3): 690-700 doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0011

青藏高原(格尔木-亚东)冰缘现象及其气候意义

刘擎,, 李宜垠, 孙才奇, 聂振宇, 杨玮琳, 崔之久, 刘耕年,

北京大学 城市与环境学院,北京 100871

Periglacial phenomena along the Qinghai-Tibet Highway from Golmud to Yadong and their climatic significance

LIU Qing,, LI Yiyin, SUN Caiqi, NIE Zhenyu, YANG Weilin, CUI Zhijiu, LIU Gengnian,

College of Urban and Environmental Sciences,Peking University,Beijing 100871,China

通讯作者: 刘耕年,教授,主要从事冰川地貌、冰缘地貌及青藏高原第四纪环境研究. E-mail: Liugn@pku.edu.cn

编委: 周成林

收稿日期: 2020-07-13   修回日期: 2021-01-21   网络出版日期: 2021-07-29

基金资助: 第二次青藏高原综合科学考察研究项目.  2019QZKK0205
国家自然科学基金项目.  41771005

Received: 2020-07-13   Revised: 2021-01-21   Online: 2021-07-29

作者简介 About authors

刘擎,硕士研究生,主要从事冰川与冰缘地貌研究.E-mail:1701214411@pku.edu.cn , E-mail:1701214411@pku.edu.cn

摘要

冰缘地貌与沉积是冰冻圈环境变化的载体,对其开展深入研究对了解青藏高原地表过程与过去气候变化,具有重要意义。基于青藏高原(格尔木-亚东)冰缘地貌和沉积野外记录和实验分析,获得以下认识:格尔木在LGM时多年冻土至少下限到达海拔2 900 m,年均气温降至< -4 ℃,比现在至少低9 ℃,气候寒冷干燥;冰消期和全新世存在极端干冷的气候事件,可能存在地面温度< -10 ℃的冬季迅速降温气候期。楚玛尔、那曲谷露和纳木错的冰楔假型分别记录了末次冰期冷期多年冻土扩张,亚东古砂楔记录了早全新世冷事件。西藏羊八井泥炭沉积剖面孢粉和测年揭示,该区自新仙女木事件以来经历了严寒(12.8~9.8 ka)、暖湿(9.8~5.0 ka)、干冷(5.0 ka至今)的气候阶段。青藏高原(格尔木-亚东)广泛发育的冻融褶皱、成层坡积、风沙沉积等,是古环境重建的重要佐证,具有刻画冷暖-干湿的意义。

关键词: 冰缘地貌 ; 气候意义 ; 青藏高原 ; 格尔木-亚东

Abstract

Based on evidences of periglacial landforms and deposits along Golmud and Yadong, and age constraint, this paper discusses the environmental characteristics of periglacial evolution on the North-South section of the central Qinghai-Tibet Plateau since the Last Glacial period. The evidences at Golmud show in LGM, the permafrost reaches at least 2 900 m above sea level, the annual average temperature drops to < -4 ℃, which was at least 9 ℃ lower than the present, and the climate is cold and dry; there are extremely dry and cold climate events in the deglaciation period and Holocene, and there may be a rapid cooling climate period in winter when the ground temperature was less than -10 ℃. The Ice wedge pseudophorms at Qumar River, Gulu (Naqu), and Nam Co recorded permafrost expansion during the Last Glacial period. The relict ice wedge at Yadong recorded early Holocene cold events. Palynological and dating evidences of the peat section at Yangbajing indicate that the area has experienced four climatic stages since the Younger Dryas event: severe cold (12.8~9.8 ka), warm and humid (9.8~5.0 ka), dry and cold (5.0 ka to present). The widely developed involutions, stratified slope deposits and eolian deposits in the study area are important evidences have the value of depicting temperature and precipitation variation for paleoenvironment reconstruction.

Keywords: periglacial landform ; climate significance ; Qinghai-Tibet Plateau

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本文引用格式

刘擎, 李宜垠, 孙才奇, 聂振宇, 杨玮琳, 崔之久, 刘耕年. 青藏高原(格尔木-亚东)冰缘现象及其气候意义[J]. 冰川冻土, 2021, 43(3): 690-700 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0011

LIU Qing, LI Yiyin, SUN Caiqi, NIE Zhenyu, YANG Weilin, CUI Zhijiu, LIU Gengnian. Periglacial phenomena along the Qinghai-Tibet Highway from Golmud to Yadong and their climatic significance[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(3): 690-700 doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0011

0 引言

青藏高原的多年冻土具有分布广、厚度薄和热稳定性差的特点,对全球气候变化敏感1-2。青藏高原地区的多年冻土在冰期时扩张,间冰期时收缩,特别是末次冰盛期(LGM)扩张和全新世收缩形成的冰缘地貌和沉积证据广泛分布,这些证据成为恢复高原古环境的重要依据3-6。最近几年,作者团队在北起青海省格尔木市向南至西藏自治区亚东县一线考察时发现一些古冰缘地貌和沉积现象,这些现象主要分布在柴达木盆地、昆仑山口、长江源、唐古拉山、怒江源、念青唐古拉山和喜马拉雅山。作者团队对这些新发现进行了详细的野外观察,采集了沉积和测年样品,对其进行了年代和孢粉等实验分析。在此基础上,作者试图对青藏公路格尔木-拉萨-亚东沿线的末次冰期以来冰缘环境演化过程、区域特征进行分析,以揭示青藏高原冰缘环境演化的气候特征。

1 冰缘地貌与沉积证据

野外收集的冰缘地貌和沉积证据包括与寒冻收缩作用有关的古楔形构造,与热融作用有关的冻融褶皱,坡地过程的产生的冰缘坡积,与风力过程有关的风沙-黄土堆积,以及谷地泥流填充和泥炭沉积等(图1)。

图1

图1   研究区及冰缘地貌考察点

Fig.1   The research area and the distribution of the periglacial phenomena


1.1 楔形构造

楔形构造是多年冻土区最典型的地貌现象,平面呈多边形,剖面呈楔形,被冰、砂,或冰砂混合物填充,即冰楔(ice wedge)和砂楔(sand wedge)。多年冻土融化之后,楔形构造以冰楔假型(ice-wedge pseudomorphs, 或casts)和古砂楔(relict sand wedge)的形式保留下来7-8。青藏高原广泛存在的冰楔假型和古砂楔两大类,成为古冰缘环境恢复的主要证据9-12

(1) 格尔木南山口古砂楔

格尔木南山口格尔木河二级阶地发现5个古砂楔(36.22398° N, 94.76412° E;3 014 m a.s.l.)。古砂楔发育于河流相砂砾石层中,楔内被黄色粉砂充填,有少量砾石混入。楔口较宽,楔高51~74 cm,古砂楔顶距地表111 cm。对其中一个古砂楔采3个光释光样品:样品号NSK01,楔下冲积物,距地表180 cm;样品号NSK02,楔底砂,距地表172 cm;样品号NSK03,楔顶砂,距地表121 cm。

(2) 格尔木河渠首古砂楔

格尔木河渠首古砂楔(36.29290° N, 94.78235° E;2 962 m a.s.l.),位于格尔木河冲积扇上,共发现16个古砂楔,分四层分布在不同埋藏深度的冲积物中。第一层古砂楔位于地表,第二层古砂楔顶距地表约100 cm,第三层古砂楔距地表200 cm,第四层古砂楔距地表约300 cm [图2(a)2(b)图3]。第二层发现的古砂楔最多,有10个。总的来说,这一批楔体规模较小,楔体形态呈窄、深的特点。楔口宽4~36 cm,楔体高9~56 cm。古砂楔内部为黄色粉砂,并有小砾石的纵向排列,围岩为砂砾石层。其中有几处楔体可见垂直层理,应为反复冻裂挤压的痕迹,有几处古砂楔内部的小砾石定向排列。采4个光释光测年样:样品号NSK04,对应第二层古砂楔,采样深度174 cm;样品号NSK05,对应第二层古砂楔,采样深度117 cm;样品号NSK06,对应第三层古砂楔,采样深度138 cm;样品号NSK07,对应第四层古砂楔,采样深度297 cm。

图2

图2   研究区冰缘地貌与沉积现象

Fig.2   Periglacial landforms and sedimentary phenomena in the study area [The first layer of sand wedges at the Qushou (ditchhead) of Golmud River (a, b); The ice wedge cast at Chumarhe River side (c); The ice wedge cast at the south of Gulu Town in Naqu, Tibet (d); Namco ice wedge cast (e); Nachitai cryoturbation, Golmud (f); Cryoturbations at Pali in Yadong, Tibet (g); The slope deposit at Xiaonanchuan near the Kunlun Mountain Pass, Golmud (h)]


图3

图3   格尔木河渠首冲积扇剖面古砂楔素描[图中的2-a见图2(a), 2-b见图2(b)]

Fig.3   Sketch of sand wedges in an alluvial fan of the Golmud River at Qushou (ditchhead), Golmud, Qinghai Province [2-a cf. Fig.2(a), 2-b cf. Fig.2(b)]


(3) 楚玛尔河冰楔假型

青藏公路楚玛尔河大桥南侧,对河流一级和二级阶地进行考察采样。一级阶地面高出河床7 m,分别在距地表125 cm和50 cm采光释光测年样CMEH-1,CMEH-2 (35.30154° N, 93.29566° E; 4 542 m a.s.l.)。二级阶地高出河床12 m,发现3个形态完整的冰楔假型,出现在深度1.83 m的剖面中[图2(c)]。剖面砂砾石互层,砾石直径1~3 cm,磨圆较好;冰楔假型内由红色黏土质细砂填充,轻微固结,分选差。二级阶冲积物采一个光释光测年样CMEH-3,采样深度112 cm;冰楔假型采一个光释光测年样CMEH-4,采样深度62 cm(35.29825° N, 93.29303° E; 4 554 m a.s.l.)。

(4) 那曲谷露镇南冰楔假型

谷露镇位于西藏那曲西南约84 km,有冻融褶皱和冰楔假型发现(30.77738° N, 91.59879° E; 4 641 m a.s.l.)。楔体为上宽下窄的单尖结构,楔口宽92 cm,楔体高118 cm。楔内为棕色粉砂,有砾石填充。剖面共分为三层:第一层是楔顶上覆盖的约30 cm厚的腐殖质层,之上有厚约80 cm的砂层,疑为人为扰动;第二层为黄色砂砾石层;第三层为黄色砂层。楔壁有变形塌陷痕迹。因此,确定为冰楔假型[图2(d)]。在楔体内底部距地表201 cm处采一个光释光样品GLZN01。

(5) 纳木错冰楔假型

纳木错东岸拔湖65 m的湖滨阶地上发现4个冰楔假型(30.75914° N, 91.10353° E; 4 794 m a.s.l.)[图2(e)]。剖面大致可分为四层,第一层为有植物生长的根系层;第二层为腐殖质层;第三层为棕色湖滨砂层;第四层为湖滨砾石层。冰楔假型发育在湖滨细砾石层中,形态保留好的一个楔内为棕色砂,楔内含少量砾石。楔口宽46 cm,楔体长103 cm,楔顶部距地表30 cm。在距地表110 cm处采样NMC01。

(6) 亚东堆纳古砂楔

在亚东县堆纳乡以南约7 km,204省道旁的砂坑内发现一处古砂楔(27.91675° N,89.20815° E; 4 552 m a.s.l.)。古砂楔壁两侧的砾石多与楔壁相平行,应是挤压作用的结果,楔口宽56 cm,楔体高32 cm。剖面主要由三层构成:距地表37 cm内为灰黄色砂层,砂层中夹有一层厚约4 cm的砾石层,砾石颗粒较小,直径多为1 cm以内;灰黄色砂层下有一层厚约11 cm的砂砾石层,以棕黄色砂为主,夹有少量砾石;底层为砾石层(未见底),有交错层理,砾石有磨圆、次圆状,砾石直径多为2~3 cm, 最大约为10 cm。古砂楔从砂砾石层底部楔到砾石层中。在古砂楔内部、距地表52 cm处采集了一个光释光样品DN01。

1.2 冻融褶皱
(1) 格尔木纳赤台冻融褶皱

纳赤台一带格尔木河级阶地普遍发育冻融褶皱,前人已有研究报道13-15。作者在纳赤台附近对发育在四级阶地上的冻融褶皱进行了测年采样(35.88249° N, 94.54272° E;3 600 m a.s.l.)。冻融褶皱发育在四级阶地上部200 cm厚的砂层中[图2(f)]。砂层可进一步划分为上部厚110 cm的棕色粉砂层、灰色粉砂层和青灰色粉砂层,见水平层理和波状层理。下部是厚90 cm的青灰色粉砂层,冻融褶皱发育其中;砂层中含螺化石。砂层下面是巨厚的砾石层。采集测OSL年样NCT-1,NCT-2,SCH-1,14C测年样NCT-11。

(2) 那曲罗马镇、谷露镇冻融褶皱

沿109国道有多处修路挖砂所致的大坑,在那曲至当雄段,发现多处冻融褶皱。较明显的有以下三处:第一处位于罗马镇东北方向,距罗马镇约7 km处(31.36629° N, 91.93216° E;4 534 m a.s.l.)[图4(a)]。扰动层厚约3 m,剖面中完整出露一个背斜状褶曲,两翼不对称,一翼较陡,一翼较缓;背斜高170 cm,宽240 cm。扰动层上覆、下伏地层均为棕色砂层,且均含有砾石,上覆地层砾石较细,下伏地层砾石较粗。第二处位于罗马镇西南方向,距罗马镇约20 km处(31.20385° N, 91.78036° E;4 589 m a.s.l.)[图4(b)]。扰动发育在河流的二级阶地上。第三处位于谷露镇西南方向,距谷露镇约6 km处(30.77738° N, 91.59879° E;4 641 m a.s.l.)。该处扰动层厚约1 m。

图4

图4   西藏那曲罗马(a)、谷露(b)冻融褶皱(图1-⑦)

Fig.4   The cryoturbations at Luoma (a) and Gulu (b) of Naqu (Fig.1-⑦), Tibet


(3) 亚东帕里冻融褶皱

在亚东县帕里镇以北约3 km处的一砂坑内发现一处冻融褶皱(27.75953° N, 89.14846° E;4 287 m a.s.l.)[图2(g)]。剖面主要有三层构成:距地表240 cm以内为第一层,主要由砾石组成,砾石颗粒较小,直径多为2~3 cm,最大直径约为20 cm左右,次棱角状;砾石层下为厚约110 cm的棕色砂层,中间夹有一层黄色砂层扰动,扰动层厚约10 cm, 顶部距地表290 cm;最下层也是砾石层,厚约90 cm,砾石直径多为3~5 cm,最大直径约为10 cm,次圆状。在黄色砂层扰动之上7 cm处和扰动之下25 cm处分别采集光释光测年样PLB01,PLB02。

1.3 冰缘坡积
(1) 格尔木小干沟坡积

小干沟坡积剖面位于格尔木河4级阶地上(36.13622° N, 94.81075° E;3 198 m a.s.l.)。剖面下部为厚427 cm的成层坡积,未见底;上部为厚283 cm的黄土16。剖面上部的黄土采集2个OSL测年样品GEMH-1,GEMH-2;下部的成层坡积采集2个OSL样品GEMH-3,GEMH-5,和1个14C测年样品GEMH-4。

(2) 昆仑山口小南川坡积

格尔木河上游,昆仑山口北西大滩附近的小南川发育有典型冰缘成层坡积(stratified slope deposit),59道班剖面最典型(35.75204° N, 94.32737° E;4 100 m a.s.l.),成层坡积最厚达15 m,它的下部为厚2~3 m的风化砾石和基岩,它的上部被黄土覆盖[图2(h)]。成层坡积底部和顶部各采一个TL年龄样品XNC-5,XNC-4,顶部采一个14C测年样品XNC-3。坡积上覆黄土厚达9 m,黄土堆中采14C测年样品2个XNC-2,XNC-117-18

(3) 昆仑山热水剖面

热水剖面位于昆仑山口东100 km,格尔木河东支流秀沟温泉水库旁(35.74410° N, 95.27530° E;3 960 m a.s.l.)。剖面厚270 cm,未见底,200~0 cm为冲积物,水平层理和波状层理发育,冲积扇堆积,在距地表150 cm采样14C测年样RS01;270~200 cm为黄色风成砂,底部270 cm采样TL测年样RS0219

(4) 羊八井北泥炭剖面

西藏当雄县羊八井镇北4 km,日则农吉沟见泥炭层与冲积层互层的剖面,泥炭层最厚可达180 cm。沟中游540 cm露头的剖面进行采样分析(30.13429° N, 90.55507° E;4 418 m a.s.l.;图5)。该剖面共发育4层泥炭,其中第三层最厚,厚度达到180 cm,其余3层均为薄泥炭层。泥炭层之间为白色、浅灰白色砾石层,砾石以棱角、次棱角为主,岩性主要为白云岩、砂岩和砾岩,砾石直径多为5~10 cm,最大为15~20 cm,但较为少见。砾石层可见扰动,褶皱强烈。对泥炭层进行了14C年代和孢粉分析采样。共采集6个14C年代样品,编号YBJ04-YBJ09;26个孢粉分析样品,编号YBJ10-YBJ35。

图5

图5   西藏羊八井日则农吉沟泥炭和冻融褶皱剖面

Fig.5   Profile of peat deposits and cryoturbations in the Rize Nongjigou valley in Yangbajing, Tibet


2 冰缘地貌与沉积的年代

本文采用通用的第四纪测年技术对青藏高原冰缘地貌和沉积进行年代分析,主要方法为OSL和14C,测年结果见表1。OSL野外采样用(长25 cm直径2.5 cm)不锈钢管打入新鲜剖面、密封,交实验室处理;14C采样用密封袋从新鲜剖面取得。

表1   冰缘地貌与沉积现象及年龄

Table 1  The periglacial landforms, sedimentary phenomena and ages

采样点样品 编号采样位置海拔/m地貌冰缘类型采样深/cm测年方法年代/ka
经度/E纬度/N测定年代校正年代
格尔木南山口NSK0194.76412°36.22398°3 014冲积扇古砂楔121OSL1.7±0.27
NSK0294.76412°36.22398°3 014冲积扇古砂楔172OSL2.8±1.60
NSK0394.76412°36.22398°3 014冲积扇冲积物180OSL13.3±4.30
NSK0494.78235°36.29290°2 962冲积扇冲积物174OSL15.4±0.85
NSK0594.78235°36.29290°2 962冲积扇古砂楔117OSL9.3±0.46
NSK0694.78235°36.29290°2 962冲积扇古砂楔138OSL14.5±1.00
NSK0794.78235°36.29290°2 962冲积扇古砂楔297OSL20.0±1.70
格尔木小干沟16GEMH-194.81075°36.13622°3 198河流阶地黄土28OSL5.8±0.60
GEMH-294.81075°36.13622°3 198河流阶地黄土268OSL13.9±1.40
GEMH-394.81075°36.13622°3 198河流阶地成层坡积298OSL17.3±1.80
GEMH-594.81075°36.13622°3 198河流阶地成层坡积710OSL29.8±3.00

格尔木纳赤台15

4级阶地

NCT-4-294.54842°35.88252°3 599河流T4阶地冻融褶皱20014C9.23±0.05510.386±0.136
NCT-4-394.54842°35.88252°3 584河流T4阶地冻融褶皱125OSL11.1±1.20
SCH-4-294.36117°35.87612°3 793河流T4阶地冲积物200OSL16.1±2.00
纳赤台2级阶地NCT-2-394.58670°35.88910°3 546河流T2阶地冻融褶皱210OSL11.1±1.1
纳赤台1级阶地NCT-1-294.62152°35.90382°3 510河流T1阶地冻融褶皱100OSL4.3±0.4
昆仑山口小南川剖面18XNC-194.32737°35.75204°4 100坡地黄土27014C3.475±0.233.791±0.292
XNC-294.32737°35.75204°4 100坡地黄土40014C3.545±0.093.842±0.118
XNC-394.32737°35.75204°4 100坡地黄土85014C24.47±0.76539.306±0.845
XNC-494.32737°35.75204°4 100坡地成层坡积900TL44.11±3.08
XNC-594.32737°35.75204°4 100坡地成层坡积1 500TL60.56±1.72
昆仑山热水19RS0195.27530°35.74410°3 960冲积扇冲积物15014C5.66±0.136.478±0.138
RS0295.27530°35.74410°3 960冲积扇风成砂270TL18.44±1.47
楚玛尔河CMEH-193.29566°35.30154°4 542河流阶地冲积物135OSL2.5±0.3
CMEH-293.29566°35.30154°4 542河流阶地冲积物135OSL3.2±0.3
CMEH-393.29303°35.29825°4 554河流阶地冰楔假型62OSL11.7±1.20
CMEH-493.29303°35.29825°4 554河流阶地冲积物112OSL113.4±12.5
那曲谷露GLZN0191.59879°30.77738°4 641河流阶地冰楔假型201OSL27.0±3.10
纳木错NMC0191.10353°30.75915°4 794湖滨阶地冰楔假型110OSL54.0±31.0
羊八井YBJ0490.55507°30.13429°4 418冲沟冻融褶皱6014C1.185±0.021.118±0.036
YBJ0590.55507°30.13429°4 418冲沟冻融褶皱16014C1.525±0.0351.433±0.056
YBJ0690.55507°30.13429°4 418冲沟冻融褶皱30014C3.085±0.033.312±0.039
YBJ0790.55507°30.13429°4 418冲沟冻融褶皱37014C7.13±0.037.967±0.019
YBJ0890.55507°30.13429°4 418冲沟冻融褶皱44014C9.51±0.03510.881±0.148
YBJ0990.55507°30.13429°4 418冲沟冻融褶皱50014C10.660±0.03512.671±0.054
亚东堆纳DN0189.20815°27.91675°4 552冲积扇古砂楔52OSL6.9±0.40
亚东帕里PLB0189.14846°27.75953°4 287冲积扇冻融褶皱283OSL14.3±0.98
PLB0289.14846°27.75953°4 287冲积扇冻融褶皱315OSL14.3±0.93

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2.1 楔形构造测年

(1)格尔木南山口古砂楔。格尔木南山口二级阶地上的古砂楔获得3个OSL年龄(表1),古砂楔下部冲积物砂透镜体NSK03的年龄(13.3±4.30) ka;古砂楔NSK02,NSK01的年龄分别是(2.8±1.60) ka和(1.7±0.27) ka。(2)格尔木河渠首古砂楔,获得4个OSL年龄(表1图2),NSK07为(20.0±1.70) ka, NSK04为(15.4±0.85) ka, NSK06为(14.5±1.00) ka, NSK05为(9.3±0.46) ka。其中,NSK04采自NSK05下部的冲积砂层。(3)楚玛尔河冰楔假型,在楚玛尔河获得4个河流阶地和冰楔假型的OSL年代数据(表1)。一级阶地为(2.5±0.3) ka,(3.2±0.3) ka,距地表135 cm。二级阶地为(113.4±12.5) ka,距地表112 cm。冰楔假型为(11.7±1.20) ka,距地表60 cm。(4)那曲谷露冰楔假型。那曲谷露镇热振藏布北支流的二级阶地上。古砂楔的OSL年龄为(27.0±3.10) ka,距地表201 cm。(5)纳木错冰楔假型。纳木错湖滨阶地发现的冰楔假型高出湖面65 m,应是前人划出的第6级阶地,OSL年龄(54.0±31.0) ka。(6)亚东堆纳古砂楔,古砂楔发育在亚东北,多庆错南的冰水扇上,采样深度52 cm,OSL年龄(6.9±0.40) ka。

2.2 冻融褶皱测年

(1) 纳赤台冻融褶皱。纳赤台附近格尔木河阶地普遍发育冻融褶皱1315。发育在一级阶地的冻融褶皱,OSL年龄为(4.3±0.4) ka。发育在二级阶地的冻融褶皱,褶皱层底部210 cm的OSL年龄(11.1±1.1) ka,上部覆盖的黄色水平层理粉砂层的14C年龄(7 207±387) a。发育在三级阶地的冻融褶皱,青海省地调院测得阶地OSL年龄为(12.9±1.3) ka和(13.27±0.65) ka20。发育在四级阶地的冻融褶皱,褶皱层下部OSL年龄(16.1±2.00) ka,褶皱层底部OSL年龄(11.1±1.20) ka,褶皱层中部14C年龄(10.386±0.136) ka。(2)亚东帕里冻融褶皱获得两个OSL年龄(14.3±0.98) ka和(14.3±0.93) ka。

2.3 冰缘堆积测年

(1) 小干沟剖面:坡积剖面出露底部的OSL年龄为(29.8±3.0) ka,顶部距界面2.98 m处为(17.3±1.3) ka;上覆风尘堆积底部OSL年龄为(13.9±1.4) ka,顶部(5.8±0.6) ka16。(2)昆仑山口小南川剖面:顶部TL年龄为(44.11±3.08) ka,底部TL年龄(60.56±1.72) ka;上覆黄土14C年龄(24.47±0.765) ka,顶部(3.545±0.09) ka17-18。(3)热水剖面:剖面150 cm处14C测年(5 660±130) a,270 cm处TL年龄(18.44±1.47) ka19。(4)羊八井北泥炭剖面:剖面出露厚540 cm,采集6个14C测年样,埋深500、440、370、300、160和60 cm,年龄分别是12.671、10.881、7.967、3.312、1.433和1.118 ka。

3 冰缘现象的环境指示意义讨论

标志多年冻土演化的主要地貌-沉积证据有冰楔假型、古砂楔、冻融褶皱等,辅助证据有构造土、成层坡积、风砂沉积、冰缘黄土等,以及反映多年冻土退化的泥炭和古土壤等7-1121-24。本文收集了青藏高原上述证据,结合作者的新获得的资料,讨论自末次冰期以来青藏高原多年冻土(冰缘环境)演化历史和空间变化格局。

3.1 古砂楔、冰楔假型与古气候

青藏高原广泛分布冰楔假型和古砂楔,前人对高原东北部的研究最为广泛。如,郭东信25报道发现于长江源二级阶地上的砂楔,徐叔鹰等26对祁连山-青海湖-黄河源地区的冰缘环境和古冰楔的研究,潘保田等921对青海湖和黄河源区冰楔假型年代和古气候的研究,程捷等27对黄河源区冰楔假型的研究,吴吉春等1228对祁连山冰楔假形的研究和柴达木盆地砂楔的研究,常晓丽等29对西昆仑甜水海北湖阶地砂楔的研究,Liu等11对青海湖古冰楔的研究,戚帮申等30对青海湖北岸古砂楔的研究。高原外围的研究,如王乃昂等31对河西走廊古砂楔的研究,Yang等32-33对塔里木盆地克里雅河策勒冰楔假型的研究,王建勇等34对黄土高原北缘冰楔假型的研究,李大伟等35对乌海盆地砂楔和冰楔模的研究,余莺潇等36对巴丹吉林沙漠东南缘古砂楔的研究。

典型的现代冰楔和砂楔形成在连续多年冻土环境。过去,Péwé37根据阿拉斯加连续多年冻土区的冰楔在南部形成于年平均气温(MAAT)< -6~ -8 ℃,北部为-12 ℃,因此,冰楔假型代表连续多年冻土环境,且MAAT< -6~-8 ℃或更冷被广泛引用。但这自20世界90年代后受到质疑738-39。新的研究认为冰楔和砂楔形成需要较长期的MAAT< -4~ -6 ℃的寒冷气候,地面温度< -10~-20 ℃,低于 -25~-40 ℃的迅速降温,地温下降值达到0.1~0.6 ℃·d-1[840。此外,如何识别冰楔假型和古砂楔,及其气候指示意义,Murton等7详细梳理了二者的形态、沉积特征,别标志和古气候重建的原则意见。

对本文报道的砂楔和冰楔假型指示的讨论:格尔木(柴达木盆地南缘)古砂楔记录了LGM(20 ka)、冰消期(14.5 ka)、早全新世(9.3 ka)、和新冰期(2.8 ka和1.7 ka)冷期(事件)。根据前人有关古砂楔研究,推测本区在LGM时多年冻土至少下限到达海拔2 900 m;MAAT降至< -4 ℃,比现在至少低9 ℃,寒冷干燥;冰消期和早全新世存在极端干冷的气候事件,可能存在地面温度< -10 ℃的冬季迅速降温气候期。楚玛尔河二级阶地冰楔假型(11.7 ka)记录了冰消期后期的冰楔消融填充,推测冰楔形成于LGM,其时MAAT降至< -13 ℃,比现在低9 ℃。那曲谷露冰楔假型(27 ka)和纳木错湖岸阶地冰楔假型(54 ka)有可能是末次冰期早-中阶段多年冻土扩张的产物,推测MAAT比现在低7 ℃。亚东古砂楔(6.9 ka)记录了早全新世冷事件,推测存在极端干冷的气候事件,可能存在地面温度< -10 ℃的冬季迅速降温的气候期。本文所作推测与金会军等4以及其他学者研究较为一致。

格尔木的古砂楔反映了格尔木河冲积扇沉积环境由末次盛冰期(LGM)至早全新世的变化的过程。LGM时格尔木河冲积扇处于持续堆积过程,多年冻土发育,有砂楔形成。随着冲积扇加积,早期(20、15和9 ka)的冰楔被埋藏。据野外测量,(9.3±0.46) ka古砂楔顶部距地表113 cm,(15.4±0.85) ka古砂楔距地表174 cm,(20.0±1.70) ka古砂楔距地表287 cm。由此推算,冲积扇的加积速率为0.11~0.14 mm·a-1

楚玛尔河冰楔假型和河流阶地地貌和测年,反映一级阶地形成于全新世中期,二级阶地形成于MIS5阶段,河流堆积于暖期。

3.2 冻融褶皱、冰缘坡积、泥炭等与古气候

格尔木河阶地发育的冻融褶皱记录了自冰消期后11~10 ka,4.3 ka的冷事件,西藏亚东帕里记录了14.3 ka的冷事件。格尔木河至昆仑山口的冰缘坡积记录:小南川剖面的成层坡积记录了60.6~44.1 ka的湿冷,其上覆黄土记录了39.3~3.8 ka的干冷。热水剖面风砂沉积记录了LGM(18.4 ka)的干冷。小干沟剖面下部的成层坡积记录了29.8~17.3 ka的湿冷,上覆黄土记录了冰消期后(13.9~5.8 ka)的干冷。

本文对羊八井泥炭剖面所采集26个孢粉样品进行分析,共统计了22 598粒孢粉。孢粉数量最多的YBJ24(280 cm)共统计了1 613粒;孢粉数量最少的YBJ35(500 cm)共统计了32粒,其他样品统计数量均在300粒以上。根据孢粉分析(图6),羊八井地区自新仙女木事件以来经历了12.8~9.8 ka气候比较严寒,9.8~5.0 ka气候逐渐回暖,气候比较暖湿,5.0~1.3 ka气候干冷,1.3 ka至今,气候变得更加干冷四个气候阶段。

图6

图6   YBJ剖面主要孢粉类型的浓度图

Fig.6   The concentration map of main sporopollen types in YBJ profile


黎国兴等41羊八井泥炭以及青藏高原其他地区泥炭沉积和14C测年资料认为,西藏地区全新世泥炭堆积始自10 ka,直到3 ka变冷后停止,泥炭堆积期气候比现在温暖湿润。孙诚诚等42根据泥炭的腐殖化度和总有机碳信息,并结合14C测年认为羊八井泥炭剖面反映地区气候经历9.1~7.4 ka温度波动上升,7.4~4.7 ka温度波动频繁且剧烈,4.7~3.5 ka温度波动下降三个阶段。王琳等43则根据该剖面汞浓度含量指出,研究区主要经历9.1~7.2 ka温度较高、波动下降,7.2~5.6 ka温度波动剧烈,和5.6~3.5 ka温度下降三个阶段。以上研究反映羊八井地区自新仙女木事件以来环境变化大趋势一致,也与青藏高原乃至全球气候变化相符4。本文作者指出的12.8~9.8 ka气候严寒,对应Younger Dryas和青藏高原冰川测年揭示的早全新世冰进(10 ka);9.8~5.0 ka对应全新世大暖期;5.0~1.3 ka对应新冰期,冰川测年揭示期间存在千年尺度气候波动;1.3 ka至今干冷期应该是小冰期的凸显44

青藏高原东部红原泥炭剖面的腐殖化程度揭示12~11.2 ka气候干冷,11.2 ka以后从干冷向暖湿快速转变,10.8~5.6 ka气候温和湿润,5.6 ka以后转变为干冷45。刘兵等46-47在高原东北部共和盆地发现的两个泥炭剖面,揭示区域气候在LGM寒冷后经历了多次冷干-暖湿旋回:冰消期的老仙女木(14.7~13.7 ka)和新仙女木(12.1~9.5 ka)冷干,9.5~7.0 ka暖湿;7.0~5.1 ka冷干-暖湿;5.1~2.7 ka温暖湿润;2.7 ka至今冷干。

以上基于泥炭剖面的多手段研究结果显示出泥炭在古气候重建的重要价值,研究结果不但具有好的可对比性和反映气候变化的一致性,而且在揭示千年甚至百年尺度气候事件亦值得重视44246

青藏高原及周缘地区在晚第四纪广泛发育上述冰缘沉积,成为古环境重建重要佐证4。他们除了记录冷的气候期或冷事件外,还能在一定程度上反映干湿气候变化。如,本文提及的格尔木至昆仑山口的成层坡积和黄土堆积,前者反映相对湿冷,后者反映相对干冷。

4 结论

基于北起青海格尔木南至西藏亚东帕里,冰楔假型、古砂楔、冻融褶皱,以及成层坡积、风砂沉积、冰缘黄土、泥炭等标志多年冻土环境演化的地貌-沉积证据,辅以测年、孢粉分析手段,获得以下认识:

研究区砂楔和冰楔假型记录了末次冰期至全新世冰期气候和冷事件,格尔木(柴达木盆地南缘)在LGM时多年冻土至少下限到达海拔2 900 m a.s.l.,年均气温降至< -4 ℃,比现在至少低9 ℃,气候寒冷干燥;冰消期和全新世存在极端干冷的气候事件,可能存在地面温度< -10 ℃的冬季迅速降温气候期。楚玛尔冰楔假型推测冰楔形成于LGM,当时年均气温降至< -13 ℃,比现在低9 ℃。那曲谷露冰楔假型推测冰楔形成于MIS 3b,年均气温降至< -9 ℃,比现在低7 ℃。纳木错湖岸阶地冰楔假型推测形成于MIS 4,年均气温降至< -9 ℃,比现在低7 ℃。亚东古砂楔(6.9 ka)记录了早全新世冷事件,推测可能存在地面温度< -10 ℃的冬季迅速降温的气候期。格尔木的古砂楔同时揭示末次盛冰期以来格尔木河冲积扇的加积速率约为0.11~0.14 mm·a-1

西藏羊八井泥炭沉积剖面孢粉和测年揭示,该区自新仙女木事件以来经历了12.8~9.8 ka气候比较严寒,9.8~5.0 ka逐渐回暖,比较暖湿的气候,5.0~1.3 ka气候干冷,1.3 ka至今,气候变得更加干冷四个阶段。基于泥炭剖面的多手段研究结果显示出泥炭在古气候重建的重要价值,研究结果不但具有好的可对比性和反映气候变化的一致性,而且在揭示千年甚至百年尺度气候事件亦值得重视。

冻融褶皱、成层坡积、风砂沉积在青藏高原及周缘地区广泛发育,是古环境重建重要佐证,他们除了刻画寒冷气候,在一定程度上反映气候的干湿变化。

谨以此文,纪念敬爱的李吉均先生!

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