青藏高原达连海记录的末次盛冰期以来区域水文与夏季风变化研究.doc

青藏高原达连海记录的末次盛冰期以来区域水文与夏季风变化研究 青藏高原达连海记录的末次盛冰期以来区域水文与夏季风变化研究亚洲夏季风是全球气候系统的重要组成部分,其作为向大陆输送水汽和热量的重要途径,显著影响着其控制区域的环境变化,进而影响区域生态安全、经济发展,乃至社会稳定。 研究地质历史时期,特别是典型增温时期亚洲夏季风的变化规律具有重要的现实意义,不仅有助于理解当下的季风变化状况,而且能更好地为预测全球变暖背景下未来亚洲夏季风的变化提供依据。 青藏高原东北缘地处现代亚洲夏季风边缘区,生态环境脆弱,对夏季风变化响应敏感。 然而前人对该区域基于湖泊沉积等多种地质记录的多时间尺度环境变化重建结果差异显著,以至于对亚洲夏季风末次冰盛期以来的变化模式及其驱动机制认知有所差异。 这些差异集中体现在晚冰期青藏高原东北缘环境好转以及亚洲夏季风显著增强始于全新世还是末次冰消期?该区全新世最大湿度或者降水出现在早全新世还是中全新世?该区盆地和山地全新世湿度变化模式是否存在差异?以及全新世气候快速变化是夏季风衰退还是西风异常等。 因此,除了梳理已有环境变化记录、提取准确气候变化信息之外,进一步在关键区域开展具有可靠年代控制、明确环境指示意义代用指标的湖泊沉积研究显得十分必要。 达连海是青藏高原东北缘共和盆地内流水系沙珠玉河的尾闾湖泊,与青海湖仅一山之隔。 达连海于1994年干涸,xx年课题组在湖床上钻取了203.09m沉积物岩芯DLH12A(E1002355.0,N361425.2,湖床海拔2852m)。 基于对顶部51.63m岩芯11个植物残体和14个全有机样品的加速器质谱放射性碳素定年(AMS14C),建立了过去23.1ka(1ka=1000年)以来的年龄-深度框架。 通过对沉积物进行粒度(2000个样品)、元素(2cm分辨率)、总有机碳含量(TOC,400个样品)、总氮(TN,400个样品)、有机质碳同位素(d13Corg,300个样品)、以及碳酸盐含量及其碳、氧同位素(d13Ccarb、d18Ocarb,80个样品)等指标的测试,并运用多种统计分析方法如XRF元素PCA分析等,重建了末次盛冰期以来共和盆地水文演化与亚洲夏季风变化历史;通过对达连海高湖岸阶地的调查,并基于砂层光释光(OSL)和植物残体AMS14C年代,确定了湖岸的形成时代,为进一步理解湖泊水文演化提供了证据。 基于以上工作,本论文主要得到下列结论: 1、共和盆地沙珠玉河原本作为黄河的支流,属于外流水系,共和运动之后达连海东山隆起,盆地局部基底下沉故而形成达连海;相应地,沙珠玉河变成了内流II河,达连海成为其尾闾湖。 达连海DLH12A钻孔“湖相粘土-砂”互层的沉积物沉积在坚硬的红色砂岩之上,“湖相粘土-砂”互层的沉积结构说明自湖泊形成以来区域降水发生了显著的多寡变化,进而指示了亚洲夏季风的周期性波动。 除了基于可靠AMS14C定年的顶部43.34m湖相沉积物属于末次冰消期以来降水增加所形成的湖泊的产物之外,钻孔下部的5层不同厚度的湖相粘土分别代表了中更新世晚期以来降水增强的阶段,这些时期虽然没有确切的年代控制,但其可能分别对应于黄河开始下切共和盆地后形成的数级黄河阶地。 2、末次盛冰期(LGM)23.121ka BP(51.6348.21m)期间,达连海沉积物平均粒径较大,沉积物以砂为主,磁化率较高,指示陆源碎屑输入的元素PCA1值比较低,说明LGM时期共和盆地降水极少,区域处于极端干旱的环境状况。 2116ka BP(48.2146.27m)期间,沉积物粒度变细,磁化率和元素PCA2显著增大,反映该阶段区域降水比前一时期增多。 大约从16ka BP开始,达连海沉积物颗粒骤然变粗,说明湖泊收缩,盆地干旱程度增加;这种环境状态一直持续到14.7ka BP(43.34m);这一阶段对应于全球广泛记录的H1事件。 H1事件期间亚洲夏季风衰退,研究区降水显著减少。 从B/A事件开始达连海发育湖泊,水位抬升,钻孔表现为湖相沉积,绝大多数指标数值与之前阶段迥然不同,标志着从B/A事件开始,亚洲夏季风突然增强,研究区降水显著增多。 通过对比晚冰期全球气候系统的变化,发现亚洲夏季风系统与其他气候系统具有演化阶段和事件上的一致性,说明亚洲夏季风的变化除了受到太阳辐射的驱动之外,还受到地球内部系统的反馈调节。 3、达连海记录显示11.5ka BP(25.40m)区域进入全新世,表现为碳酸盐氧同位素由于蒸发的加强而整体偏正,碳酸盐碳同位素逐渐偏负。 指示流域水文和湖泊水位变化的元素与粒度指标显示,相较于冰期环境该阶段区域保持较高的降水量,进而说明全新世亚洲夏季风强盛。 就全新世内部而言,沉积物Rb/Sr值以及平均粒径表明早中全新世(106ka BP)区域降水较多、湖泊水位较高,说明亚洲夏季风强盛,这响应于高的北半球夏季太阳辐射。 6ka BP(17.20m)之后随着北半球夏季太阳辐射的减少,亚洲夏季风衰退显著,表现为达连海沉积物粒度变粗反映的湖泊水位降低,指示陆源碎屑输入的元素含量减少,以及盆地山区乔木植被退化。 然而全新世共和盆地湿度具有不同的演化模式。 温度是控制蒸发的主要因素,即使早中全新世夏季风强盛,区域降水较多,但由于较高的温度,盆地蒸发强烈,因此在盆地内部仍然表现为干旱环境状况,这体现在盆地内整体植被的退化、蒿属植被所占比例的增加、风沙活动的广泛发育。 大约6ka之后,共和盆地湿度增加,表现在达连海沉积物TOC含量增加,指示盆地内生产量提高;盆地内风沙活动停止,发育土壤。 4、达连海全新世沉积物中出现数层砂层,表现为沉积物粒径变粗,63mm组分含量增加,这些砂层主要分布于1110. 2、7.67. 4、5.55. 4、3.93. 8、2.21ka BP,以及0.4ka BP。 63mm组分含量增加指示湖泊水位降低,进而说明区域降水减少,亚洲夏季风衰退。 达连海砂层记录的全新世亚洲夏季风衰退事件与北半球高纬地区的冷事件具有一定的可比性,但也有其明确的特征,即这些事件主要集中在中晚全新世。 5、通过在达连海湖泊东岸海拔28662872m之间从低到高开挖8个剖面,分析发现,所有剖面顶部地表均为现代风成砂,厚度在525cm之间;其下为湖相粉砂质粘土(64cm)