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过去全球变化(PAGES)旨在通过对地球上各种自然记录的研究来恢复地球过去的气候环境和生态历史,揭示地球环境的变化规律及其控制因素,为预测未来的气候和环境变化提供科学依据。高原封闭、半封闭湖泊,一般汇水面积小、入湖河流短、湖水较深而使得沉积物记录具有连续性、敏感性和高分辨率的特点,因而在过去全球变化研究中具有重要地位。
青藏高原独特的地理环境使得当地的湖泊对气候变化十分敏感。选取位于青藏高原西北部干旱区的甜水海与中部的兹格塘错作为研究对象,探讨青藏高原晚第四纪环境演化过程,通过研究,取得了以下成果。
1、甜水海TS95孔MIS3阶段环境演化。
1)TS95钻孔沉积物的年代、粒度、介形虫、沉积相及地球化学多指标综合分析,揭示了MIS3时期甜水海气候环境演化过程。其沉积物岩性变化频繁,代表着湖面多次波动,沉积环境多变的演化过程。气候经历了早期温干-中期冷湿-后期暖湿-末期凉湿4个演化阶段,分别在59~56kaB.P.,49~47kaB.P.,45~41kaB.P.,35.5~34kaB.P。和28~25kaB.P.左右发生湖水稀释、形成高湖面期。高湖面产生的原因可归结为3种情况:a)由于气候变暖导致冰雪融水补给增加;b)由于冷湿气候导致的高湖面和c)由于暖湿气候导致的高湖面。同时明显记录着Heinrich事件的气候波动。
2)甜水海湖泊岩芯记录的气候变化的阶段划分在冷暖变化上可与其他地区记录相对比。但西昆仑山地区处于西风带和季风的交互作用,其气候环境变化的水热组合特征与其他地区会有一定差异,表现出一定的特殊性。
2、兹格塘错沉积岩芯记录的末次冰盛期以来环境演化。
兹格塘错是藏北高原腹地的一个封闭型湖泊,该区域气候恶劣,降水稀少,环境受人类活动直接影响很微弱,流域内蒸发旺盛,没有冰川活动,且是多年冻土区,地表径流是湖水主要的补给来源,水量平衡要素简单。该湖是一个半混合型湖泊,发育并保存良好的纹层,成为研究青藏高原腹地气候变化的理想湖泊。分别于2002年和2006年在兹格塘错西部水深30m处打钻,获得长727cm的沉积岩芯ZGT02与长1000cm岩芯ZGT06。岩芯沉积过程连续、稳定,反映了兹格塘错全新世以来一直处于稳定的沉积环境,深积物岩芯记录了末次冰盛期以来完整的气候与环境演化过程。
通过对ZGT02孔的年代、介形虫壳体同位素、地球化学元素、粒度、碳酸盐含量等指标的分析,研究了青藏高原在全新世期间的气候与环境变化过程。对ZGT06柱状岩芯进行元素扫描分析,冀以获得末次冰盛期以来该区域气候环境演化信息。经过多指标综合对比分析,对兹格塘错沉积岩芯所记录的气候环境信息获得以下认识。
1)介形虫壳体氧同位素变化主要取决于壳体形成时的湖水氧同位素组成和湖水温度的变化。封闭湖泊湖水的氧同位素组成主要取决于降水和蒸发比值的变化。水文条件封闭的干旱半干旱区湖泊,蒸发作用主要受控于温度变化。随着温度的升高,蒸发作用增强,湖水的δ18O值增加,反映在其中生活的介形虫壳体的δ18O值增加。
兹格塘错介形虫壳体碳同位素与氧同位素变化特征表明两者可能受控于不同的环境因子。介形虫壳体同位素记录反映了全新世气候环境变化的整体特征,同时对晚第四纪特征气候事件都有明确记录,包括8.2ka冷事件,Roman暖期,中世纪暖期以及小冰期等。在响应全球气候变化的过程中又记录了区域间的差异响应。
2)对兹格塘错沉积岩芯ZGT02与ZGT06中元素地球化学采用主成分分析与聚类分析等多元统计手段,研究了元素变化情况。主成份分析表明其地球化学成分主要受流域侵蚀因子和径流因子控制,碳酸盐含量变化指示了该湖泊的沉积演化,发现六次明显低值时期,分别为(1)9.3~9.0kaB.P.、(2)8.3~7.7kaB.P.、(3)6.0~5.8kaB.P.、(4)4.7~4.2kaB.P.、(5)3.1~2.7kaB.P.、(6)0.6~0.2kaB.P.。这六个时期湖泊水位上升,水体扩张,水质淡化,气候湿润。
对ZGT06扫描元素显示元素含量呈现阶段性变化特征。利用Fe、Sr、Ti元素含量,Rb/Sr、Sr/Ba、Fe/Mn和Ti/Al比值作为代用指标,明显揭示出一些特征气候事件,如YD事件发生在12.6~11kaB.P.之间,峰值在12.17kaB.P.左右,与其他记录有较好的对比性。为青藏高原中部YD事件的发生提供了证据及研究时标。
3)兹格塘错沉积物介形虫壳体同位素记录的环境变化得到了粒度、碳酸盐含量等指标的支持。各个指标相互映证,准确记录了兹格塘错湖泊环境的变化中的显著事件,青藏高原腹地全新世气候变化的几个典型的“寒冷事件”与ZGT02岩芯碳酸盐含量低值阶段相对应,碳酸盐含量的变化可作为封闭湖盆的湖水淡化与浓缩的指标。