柴达木盆地93ka以来古气候、古湖泊以及东亚冬季风的演化过程

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shengyue1212
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位于青藏高原东北缘干旱区域内的柴达木盆地,地处西风带,东亚季风和印度季风的交汇区,对气候的变化非常敏感。位于盆地中东部的察尔汗地区作为柴达木盆地的沉积中心,沉积了巨厚而又连续的盐类沉积和湖相碎屑物质,而这些沉积物质详细记录了末次间冰期以来的气候系统及其湖泊演化过程,是开展区域环境对全球气候变化响应的理想载体。柴达木盆地西部广阔而风蚀的老湖相地层为察尔汗古湖提供了丰富的风成组份,是研究该地区大气环流变化过程的重要材料。本研究依托柴达木盆地察尔汗盐湖沉积中心ISL1A孔(37°3′50″N,94°43′41″E,孔深102.13m),选用钻孔岩芯中的盐类沉积物、富含有机质、碳酸盐的湖相沉积物,分别应用14C和U系测年技术获得ISLlA孔15个绝对年龄,建立了察尔汗地区晚更新世中早期(93 ka)以来的年代序列。本研究通过盐类矿物、碎屑矿物、地球化学、色度、粒度和有机物等指标综合分析,重建了察尔汗地区末次间冰期晚期以来的古气候和湖泊演化过程;通过常量元素对比、石英颗粒表面特征和粒度方法确定并分离了ISL1A孔湖相序列中的湖成和风成组份,其中风成组份记录了93ka以来柴达木盆地东亚冬季风和尘暴天气的变化过程。   通过上述多种指标和方法综合分析了ISLlA孔岩芯,其记录的93ka以来的气候变化、湖泊演化以及东亚冬季风演变过程如下:MIS5b(92.8~83.1ka)阶段气候稍干,降雨量减少,湖泊水位稍低,东亚冬季风稍微增强;MIS5a(83.1~71.0ka)阶段气候湿润,湖泊淡化,水位较高,东亚冬季风和尘暴天气记录明显减少;MIS4(71.0~64.0ka)阶段气候有所干化,湖泊相对咸化,水位降低,东亚季风稍微增强;MIS3c(64.0~47.1ka)阶段气候湿润,湖泊最淡化,水位达到最高,东亚冬季风大幅减弱;MIS3b(47.2~34.3 ka)阶段气候干旱,湖泊急剧咸化,进入第一期成盐期,石盐开始沉积,同时东亚冬季风和尘暴过程变强盛;MIS3a(34.3~22.2ka)阶段气候又变为湿润,湖泊由盐湖大幅淡化至碳酸盐型湖泊,水位变高,东亚冬季风和尘暴天气亦明显减弱;MIS2(22.2~14.1ka)阶段气候急剧变干,湖泊又进入第二期大规模成盐期,石盐大量析出,彻底进入盐湖阶段,东亚冬季风和尘暴天气大幅增大,幅度为全序列最大;MIS1(14.1~9.0ka)阶段气候开始好转,降雨量有所增加,盐湖稍微淡化,而冬季风和尘暴明显减弱。整个ISL1A孔记录的气候变化过程既与全球气候变化过程保持一致性,又有明显的区域特征。通过分析发现,ISL1A孔记录了60000aB.P.、50000aB.P.、39000aB.P.、30500aB.P.、24000aB.P.和16000aB.P.六次Heinrich快速冷事件,表明末次冰期以来柴达木盆地气候存在波动和振荡。而这些H事件可能与北半球冰量和东亚冬季风有关。   通过指标分析发现,部分指标的环境意义需要进一步研究明确。在干旱地区的封闭湖泊中,微咸水环境和盐湖条件下,其指标的环境意义更加复杂甚至截然不同。同时,湖相沉积中的大量风成组份对部分环境指标的解译造成干扰,使其与常规的湖相沉积环境指标的涵义相比出现差异甚至相反的情况,因此,对盐湖环境下的环境指标的指示意义解译需要深入研究和特殊对待。   通过ISL1A孔样品的地球化学常量元素对比、石英颗粒表面特征、粒度频率曲线特征和参数证明该孔湖相样品中存在大量风成沉积。通过粒度分布曲线对比可将ISL1A孔样品分为<2μm、2~10μm、10~70μm和70~650μm组份。其中2~10μm部分以湖成组份为主;10~70μm和70~650μm部分以风成组份为主;小于2μm的组份可能与湖泊的生物化学成因有关。上述各组份与气候变化密切相关,且各自代表的环境意义也不同:小于2μm和2~10μm部分反映了湖泊水量变化和淡化-咸化程度;10~70μm部分可能在一定程度上反映了东亚冬季风的强度;70~650μm部分反映了尘暴天气的程度。环境指标的对比分析很好地验证了ISL1A孔样品粒度各个组份划分的准确性。柴达木西部广阔的老湖相地层可能是察尔汗湖相地层风成组份的主要物源区。研究表明,柴达木盆地湖相物质为其东缘地区乃至黄土高原提供了物源物质。   柴达木盆地气候的干湿变化和湖泊的淡化咸化过程与东亚季风和印度季风的变化密切相关。其中东亚夏季风和印度季风的强盛造成了察尔汗流域内降雨量的增加,导致湖泊的扩张与淡化;而东亚冬季风的强盛造成了该地区的阶段干旱化,湖泊进入成盐期,风沙活动强盛。从整体上来说,北半球的太阳辐射量的变化驱动了柴达木盆地的气候变化过程,然而ISL1A孔的记录显示,该地区的气候变化对太阳辐射变化的响应存在滞后情况。
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