祁连山地区古冰川演化序列及其古气候重建研究

发布时间：2018-12-17 13:03

【摘要】：冰川是气候变化灵敏的指示器,第四纪期间气候冷暖交替,在冰川作用区留下了丰富的冰川作用遗迹,是恢复过去冰冻圈环境变化最直接的证据。祁连山位于青藏高原东北缘,在第四纪中,山体构造运动强烈,与冰期气候相耦合留下了典型、丰富的冰川遗迹。此外,祁连山位于季风边界的边缘,同时受到西风和亚洲季风变化的共同影响。对祁连山第四纪冰川进行数值定年和基于古冰川变化定量重建古气候,不仅可以构建青藏高原东北缘第四纪冰川演化的时间序列,而且对探讨不同环流系统下冰川发育模式的异同及其驱动因素的研究等方面都具有重要意义。针对祁连山西段七一冰川谷地、中段摆浪河和东段老龙湾三个区域的第四纪冰川遗迹进行详细地貌地层学研究的基础上,首先运用~(10)Be暴露定年测定了三个区域冰碛物的暴露年代,建立起了祁连山古冰川演化的绝对年代框架;再基于该框架和保存较好的冰碛地形,应用冰川纵剖线模型重建了七一冰川谷地小冰期(little ice age,LIA)与摆浪河Heinrich1(B-H1)、全球末次冰盛期(global last glacial maximum,LGM_G)、MIS3中期及老龙湾Heinrich1(L-H1)、新仙女木事件(Younger Dryas,YD)、全新世早期(early Holocene,eH)的古冰川表面高程,进而应用基于古冰川ELA的气候重建模型(ELA处气温与降水关系模型(P-T模型)、气温递减率模型(LR模型)和能量物质平衡模型(EMB模型))和基于古冰川物质平衡的气候重建模型(度日模型)模拟了各次冰进时的古气候特征,初步得到以下几个结论:(1)祁连山地区冰碛垄上漂砾的~(10)Be暴露年代结果分别0.23±0.03~0.40±0.05ka、9.87±1.02~10.44±1.07 ka、10.44±1.07~12.09±1.05 ka、12.21±1.20~14.48±1.42ka、17.85±1.78~19.71±1.91 ka、22.09±2.15~30.49±3.01 ka、35.25±3.52~47.07±4.71ka、42.66±4.62 ka~46.50±5.10 ka和107.27±10.88~123.82±12.59 ka。基于地貌地层关系和测年结果,确认祁连山地区第四纪以来至少经历了MIS6(中梁赣冰期)、MIS6(长沟寺冰期)、MIS3中期、LGM_G、H1、YD、全新世早期和小冰期等8次规模较大的冰川作用。七一冰川外围的2套冰碛分别沉积于LIA和MIS3中期;老龙湾存在对应于H、YD和H1的冰进事件,H1冰碛垄外围的两套冰碛垄则可能分别为MIS2(LGM_G)和MIS3中期的冰川沉积;摆浪河谷地的5套冰碛分别对应于H1、LGM_G、MIS3中期、MIS6和MIS6,其中中梁赣冰碛因无法进行~(10)Be暴露定年,仅依据沉积的地貌部位确认其应老于MIS6,结合早期的ESR年代数据推断其可能形成于MIS12,是本区也是祁连山迄今为止发现的最老冰川作用。(2)基于七一冰川已有的物质平衡线高度(equilibrium-line altitude,ELA)数据推算其现代ELA(1981~2010年的平均ELA)为4824 m,依据周边1981~2010年的平均气象数据及现代ELA处夏季气温与年降水量间关系的经验公式推算出摆浪河和老龙湾的现代ELA分别为4691 m和4642 m。基于冰川纵剖线模型,重建出LIA、eH、YD、B-H1、L-H1、和MIS3中期冰进时古冰川的长度分别为3.6 km、4.9 km、7.3 km、7.3 km、10.8 km、9.3 km和10.6 km。根据重建的古冰川范围及其表面高程,应用末端至冰斗后壁比率法(toe-to headwall altitude ratio,THAR)、积累区面积比率法(accumulation area ratio,AAR)和面积高程平衡率法(area altitude balance ratio,AABR)法估算了LIA、eH、YD、B-H1、L-H1、LGM_G和MIS3中期古冰川的ELA,并考虑到冰后期构造抬升(七一冰川和摆浪河抬升速率为3.09 mm/a,老龙湾抬升速率为1 mm/a)的影响,估算出当时相应的ELA分别为4772 m、4332 m、4240 m、4276 m、4177 m、4026 m和3940 m,较之现代分别降低了52 m、310 m、402 m、423 m、465 m、638 m和751 m。(3)基于P-T模型、LR模型、EMB模型和度日模型,依据已有的研究资料设定LIA、eH、YD、B-H1、L-H1、LGM_G和MIS3中期冰进时降水分别为现代降水的0.4~1、0.8~1.5、0.5~1、0.5~1、0.3~1和0.5~1的背景下,相应的气温降低值可达0.1~5℃、-0.9~3.8℃、2.5~6.5℃、2.2~7℃、3.3~9.4℃和3.9~7.4℃。与现代相比,LIA、YD、H1、LGM和MIS3中期气温降低、降水减少,冰进的主要驱动因素为气温的降低,而eH降水较多、气温降低,较低的气温与丰沛的降水相耦合是驱动这次冰进的主要因素。该区域局地末次冰盛期(local last glacial maximum,LGML)出现于MIS3中期而非LGM_G时,是由于MIS3中期较低的气温(与现代相比)与较为丰沛的降水(与LGM_G相比)相耦合的结果,而LGM_G时极少的降水(最低时仅相当于现代的30%)限制了其冰川规模的扩张。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P343.6;P532

【参考文献】