青藏高原達連海記錄的末次盛冰期以來區(qū)域水文與夏季風變化研究.pdf

1、亞洲夏季風是全球氣候系統(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，進而影響區(qū)域生態(tài)安全、經(jīng)濟發(fā)展，乃至社會穩(wěn)定。研究地質歷史時期，特別是典型增溫時期亞洲夏季風的變化規(guī)律具有重要的現(xiàn)實意義，不僅有助于理解當下的季風變化狀況，而且能更好地為預測全球變暖背景下未來亞洲夏季風的變化提供依據(jù)。青藏高原東北緣地處現(xiàn)代亞洲夏季風邊緣區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，對夏季風變化響應敏感。然而前人對該區(qū)域基于湖泊沉積等多種地

2、質記錄的多時間尺度環(huán)境變化重建結果差異顯著，以至于對亞洲夏季風末次冰盛期以來的變化模式及其驅動機制認知有所差異。這些差異集中體現(xiàn)在晚冰期青藏高原東北緣環(huán)境好轉以及亞洲夏季風顯著增強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衰退還是西風異常等。因此，除了梳理已有環(huán)境變化記錄、提取準確氣候變化信息之外，進一步在關鍵區(qū)域開展具有可

3、靠年代控制、明確環(huán)境指示意義代用指標的湖泊沉積研究顯得十分必要。
　　達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敳?1.63m巖芯11個植物殘體和14個全有機樣品的加速器質譜放射性碳素定年（AMS14C），建立了過去23.

4、1ka（1ka=1000年）以來的年齡-深度框架。通過對沉積物進行粒度（~2000個樣品）、元素（2cm分辨率）、總有機碳含量（TOC，400個樣品）、總氮（TN，400個樣品）、有機質碳同位素（?13Corg，300個樣品）、以及碳酸鹽含量及其碳、氧同位素（?13Ccarb、?18Ocarb，80個樣品）等指標的測試，并運用多種統(tǒng)計分析方法如XRF元素PCA分析等，重建了末次盛冰期以來共和盆地水文演化與亞洲夏季風變化歷史；通過對達連海

5、高湖岸階地的調查，并基于砂層光釋光（OSL）和植物殘體AMS14C年代，確定了湖岸的形成時代，為進一步理解湖泊水文演化提供了證據(jù)?；谝陨瞎ぷ鳎菊撐闹饕玫较铝薪Y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，共和運動之后達連海東山隆起，盆地局部基底下沉故而形成達連海；相應地，沙珠玉河變成了內(nèi)流河，達連海成為其尾閭湖。達連海DLH12A鉆孔“湖相粘土-砂”互層的沉積物沉積在堅硬的紅色砂巖之上，“湖相粘土-砂”互層

6、的沉積結構說明自湖泊形成以來區(qū)域降水發(fā)生了顯著的多寡變化，進而指示了亞洲夏季風的周期性波動。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降水增強的階段，這些時期雖然沒有確切的年代控制，但其可能分別對應于黃河開始下切共和盆地后形成的數(shù)級黃河階地。
　　2、末次盛冰期（LGM）23.1~21ka BP（51.63~4

7、8.21m）期間，達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，說明LGM時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，磁化率和元素PCA2顯著增大，反映該階段區(qū)域降水比前一時期增多。大約從16ka BP開始，達連海沉積物顆粒驟然變粗，說明湖泊收縮，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）；這一階段對應于全球廣泛記錄的H1事件。H1事件期間亞洲夏季風衰退，研究區(qū)降水顯著減少。從B/A事件開始達連海發(fā)育湖泊，水位抬升，鉆孔表現(xiàn)為湖相沉積，絕大多數(shù)指標數(shù)值與之前階段迥然不同，標志著從B/A事件開始，亞洲夏季風突然增強，研究區(qū)降水顯著增多。通過對比晚冰期全球氣候系統(tǒng)的變化，發(fā)現(xiàn)亞洲夏季風系統(tǒng)與其他氣候系統(tǒng)具有演化階段和事件上的一致性，說明亞洲夏季風的變化除了受到太陽輻射的驅動之外，還受到地球內(nèi)部系統(tǒng)的反饋調節(jié)。
　

9、　3、達連海記錄顯示11.5ka BP（25.40m）區(qū)域進入全新世，表現(xiàn)為碳酸鹽氧同位素由于蒸發(fā)的加強而整體偏正，碳酸鹽碳同位素逐漸偏負。指示流域水文和湖泊水位變化的元素與粒度指標顯示，相較于冰期環(huán)境該階段區(qū)域保持較高的降水量，進而說明全新世亞洲夏季風強盛。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，說明亞洲夏季風強盛，這響應于高的北半球夏季太陽輻射。6ka BP（1

10、7.20m）之后隨著北半球夏季太陽輻射的減少，亞洲夏季風衰退顯著，表現(xiàn)為達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強盛，區(qū)域降水較多，但由于較高的溫度，盆地蒸發(fā)強烈，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、風沙活動的廣泛發(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)風沙活動停止，發(fā)育土壤。
　　4、達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，進而說明區(qū)域降水減少，亞洲夏季風衰退。達連海砂層記錄的全新世亞洲夏季風衰退事

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、通過在達連海湖泊東岸海拔2866~2872m之間從低到高開挖8個剖面，分析發(fā)現(xiàn)，所有剖面頂部地表均為現(xiàn)代風成砂，厚度在5~25cm之間；其下為湖相粉砂質粘土（64cm）-風成砂、湖濱砂-風成砂沉積，或通體為風成砂。湖相層底部植物殘體AMS14C年代結果表明，最近一次水位回升發(fā)生于350~360年之前，這也印證了鉆孔過去千年以來