青藏高原達(dá)連海記錄的末次盛冰期以來(lái)區(qū)域水文與夏季風(fēng)變化研究.pdf

1、亞洲夏季風(fēng)是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，其作為向大陸輸送水汽和熱量的重要途徑，顯著影響著其控制區(qū)域的環(huán)境變化，進(jìn)而影響區(qū)域生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，乃至社會(huì)穩(wěn)定。研究地質(zhì)歷史時(shí)期，特別是典型增溫時(shí)期亞洲夏季風(fēng)的變化規(guī)律具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅有助于理解當(dāng)下的季風(fēng)變化狀況，而且能更好地為預(yù)測(cè)全球變暖背景下未來(lái)亞洲夏季風(fēng)的變化提供依據(jù)。青藏高原東北緣地處現(xiàn)代亞洲夏季風(fēng)邊緣區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，對(duì)夏季風(fēng)變化響應(yīng)敏感。然而前人對(duì)該區(qū)域基于湖泊沉積等多種地

2、質(zhì)記錄的多時(shí)間尺度環(huán)境變化重建結(jié)果差異顯著，以至于對(duì)亞洲夏季風(fēng)末次冰盛期以來(lái)的變化模式及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制認(rèn)知有所差異。這些差異集中體現(xiàn)在晚冰期青藏高原東北緣環(huán)境好轉(zhuǎn)以及亞洲夏季風(fēng)顯著增強(qiáng)始于全新世還是末次冰消期？該區(qū)全新世最大濕度或者降水出現(xiàn)在早全新世還是中全新世？該區(qū)盆地和山地全新世濕度變化模式是否存在差異？以及全新世氣候快速變化是夏季風(fēng)衰退還是西風(fēng)異常等。因此，除了梳理已有環(huán)境變化記錄、提取準(zhǔn)確氣候變化信息之外，進(jìn)一步在關(guān)鍵區(qū)域開(kāi)展具有可

3、靠年代控制、明確環(huán)境指示意義代用指標(biāo)的湖泊沉積研究顯得十分必要。
　　達(dá)連海是青藏高原東北緣共和盆地內(nèi)流水系沙珠玉河的尾閭湖泊，與青海湖僅一山之隔。達(dá)連海于1994年干涸，2012年課題組在湖床上鉆取了203.09m沉積物巖芯DLH12A（E100°23'55.0"，N36°14'25.2"，湖床海拔2852m）?；趯?duì)頂部51.63m巖芯11個(gè)植物殘?bào)w和14個(gè)全有機(jī)樣品的加速器質(zhì)譜放射性碳素定年（AMS14C），建立了過(guò)去23.

4、1ka（1ka=1000年）以來(lái)的年齡-深度框架。通過(guò)對(duì)沉積物進(jìn)行粒度（~2000個(gè)樣品）、元素（2cm分辨率）、總有機(jī)碳含量（TOC，400個(gè)樣品）、總氮（TN，400個(gè)樣品）、有機(jī)質(zhì)碳同位素（?13Corg，300個(gè)樣品）、以及碳酸鹽含量及其碳、氧同位素（?13Ccarb、?18Ocarb，80個(gè)樣品）等指標(biāo)的測(cè)試，并運(yùn)用多種統(tǒng)計(jì)分析方法如XRF元素PCA分析等，重建了末次盛冰期以來(lái)共和盆地水文演化與亞洲夏季風(fēng)變化歷史；通過(guò)對(duì)達(dá)連海

5、高湖岸階地的調(diào)查，并基于砂層光釋光（OSL）和植物殘?bào)wAMS14C年代，確定了湖岸的形成時(shí)代，為進(jìn)一步理解湖泊水文演化提供了證據(jù)?；谝陨瞎ぷ?，本論文主要得到下列結(jié)論：
　　1、共和盆地沙珠玉河原本作為黃河的支流，屬于外流水系，共和運(yùn)動(dòng)之后達(dá)連海東山隆起，盆地局部基底下沉故而形成達(dá)連海；相應(yīng)地，沙珠玉河變成了內(nèi)流河，達(dá)連海成為其尾閭湖。達(dá)連海DLH12A鉆孔“湖相粘土-砂”互層的沉積物沉積在堅(jiān)硬的紅色砂巖之上，“湖相粘土-砂”互層

6、的沉積結(jié)構(gòu)說(shuō)明自湖泊形成以來(lái)區(qū)域降水發(fā)生了顯著的多寡變化，進(jìn)而指示了亞洲夏季風(fēng)的周期性波動(dòng)。除了基于可靠AMS14C定年的頂部43.34m湖相沉積物屬于末次冰消期以來(lái)降水增加所形成的湖泊的產(chǎn)物之外，鉆孔下部的5層不同厚度的湖相粘土分別代表了中更新世晚期以來(lái)降水增強(qiáng)的階段，這些時(shí)期雖然沒(méi)有確切的年代控制，但其可能分別對(duì)應(yīng)于黃河開(kāi)始下切共和盆地后形成的數(shù)級(jí)黃河階地。
　　2、末次盛冰期（LGM）23.1~21ka BP（51.63~4

7、8.21m）期間，達(dá)連海沉積物平均粒徑較大，沉積物以砂為主，磁化率較高，指示陸源碎屑輸入的元素PCA1值比較低，說(shuō)明LGM時(shí)期共和盆地降水極少，區(qū)域處于極端干旱的環(huán)境狀況。21~16ka BP（48.21~46.27m）期間，沉積物粒度變細(xì)，磁化率和元素PCA2顯著增大，反映該階段區(qū)域降水比前一時(shí)期增多。大約從16ka BP開(kāi)始，達(dá)連海沉積物顆粒驟然變粗，說(shuō)明湖泊收縮，盆地干旱程度增加；這種環(huán)境狀態(tài)一直持續(xù)到14.7ka BP（43.3

8、4m）；這一階段對(duì)應(yīng)于全球廣泛記錄的H1事件。H1事件期間亞洲夏季風(fēng)衰退，研究區(qū)降水顯著減少。從B/A事件開(kāi)始達(dá)連海發(fā)育湖泊，水位抬升，鉆孔表現(xiàn)為湖相沉積，絕大多數(shù)指標(biāo)數(shù)值與之前階段迥然不同，標(biāo)志著從B/A事件開(kāi)始，亞洲夏季風(fēng)突然增強(qiáng)，研究區(qū)降水顯著增多。通過(guò)對(duì)比晚冰期全球氣候系統(tǒng)的變化，發(fā)現(xiàn)亞洲夏季風(fēng)系統(tǒng)與其他氣候系統(tǒng)具有演化階段和事件上的一致性，說(shuō)明亞洲夏季風(fēng)的變化除了受到太陽(yáng)輻射的驅(qū)動(dòng)之外，還受到地球內(nèi)部系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)。
　

9、　3、達(dá)連海記錄顯示11.5ka BP（25.40m）區(qū)域進(jìn)入全新世，表現(xiàn)為碳酸鹽氧同位素由于蒸發(fā)的加強(qiáng)而整體偏正，碳酸鹽碳同位素逐漸偏負(fù)。指示流域水文和湖泊水位變化的元素與粒度指標(biāo)顯示，相較于冰期環(huán)境該階段區(qū)域保持較高的降水量，進(jìn)而說(shuō)明全新世亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)盛。就全新世內(nèi)部而言，沉積物Rb/Sr值以及平均粒徑表明早中全新世（10~6ka BP）區(qū)域降水較多、湖泊水位較高，說(shuō)明亞洲夏季風(fēng)強(qiáng)盛，這響應(yīng)于高的北半球夏季太陽(yáng)輻射。6ka BP（1

10、7.20m）之后隨著北半球夏季太陽(yáng)輻射的減少，亞洲夏季風(fēng)衰退顯著，表現(xiàn)為達(dá)連海沉積物粒度變粗反映的湖泊水位降低，指示陸源碎屑輸入的元素含量減少，以及盆地山區(qū)喬木植被退化。然而全新世共和盆地濕度具有不同的演化模式。溫度是控制蒸發(fā)的主要因素，即使早中全新世夏季風(fēng)強(qiáng)盛，區(qū)域降水較多，但由于較高的溫度，盆地蒸發(fā)強(qiáng)烈，因此在盆地內(nèi)部仍然表現(xiàn)為干旱環(huán)境狀況，這體現(xiàn)在盆地內(nèi)整體植被的退化、蒿屬植被所占比例的增加、風(fēng)沙活動(dòng)的廣泛發(fā)育。大約6ka之后，共

11、和盆地濕度增加，表現(xiàn)在達(dá)連海沉積物TOC含量增加，指示盆地內(nèi)生產(chǎn)量提高；盆地內(nèi)風(fēng)沙活動(dòng)停止，發(fā)育土壤。
　　4、達(dá)連海全新世沉積物中出現(xiàn)數(shù)層砂層，表現(xiàn)為沉積物粒徑變粗，>63?m組分含量增加，這些砂層主要分布于11~10.2、7.6~7.4、5.5~5.4、3.9~3.8、2.2~1ka BP，以及0.4ka BP。>63?m組分含量增加指示湖泊水位降低，進(jìn)而說(shuō)明區(qū)域降水減少，亞洲夏季風(fēng)衰退。達(dá)連海砂層記錄的全新世亞洲夏季風(fēng)衰退事

12、件與北半球高緯地區(qū)的冷事件具有一定的可比性，但也有其明確的特征，即這些事件主要集中在中晚全新世。
　　5、通過(guò)在達(dá)連海湖泊東岸海拔2866~2872m之間從低到高開(kāi)挖8個(gè)剖面，分析發(fā)現(xiàn)，所有剖面頂部地表均為現(xiàn)代風(fēng)成砂，厚度在5~25cm之間；其下為湖相粉砂質(zhì)粘土（64cm）-風(fēng)成砂、湖濱砂-風(fēng)成砂沉積，或通體為風(fēng)成砂。湖相層底部植物殘?bào)wAMS14C年代結(jié)果表明，最近一次水位回升發(fā)生于350~360年之前，這也印證了鉆孔過(guò)去千年以來(lái)