天山托木尔峰地区第四纪冰川演化序列初步研究

摘要

具有“大陆温度计”之美誉的冰川对气候变化有非常敏感的响应。在第四纪冰期——间冰期的气候旋回中，冰川作用区留下了丰富的古冰川遗迹(冰川侵蚀与堆积地形)，这些遗迹是过去冰冻圈变化最直接的证据，对它们的研究可以恢复古冰川作用的期次与冰冻圈的演变情况，为古环境重建提供基本的信息。科学技术的进步促进了第四纪冰川研究的深入发展，近年来，ESR、CRN、AMS14C、OSL等新的、可对冰川侵蚀与堆积地形进行直接定年的测年技术的发展与应用，标志着第四纪冰川研究进入了一个以技术测年为特点的新时期。
　　 研究区托木尔峰地区是整个天山山系最大的现代冰川作用中心，位于我国境内天山的最西段，主要受西风环流的影响，在其南坡与东南坡的托木尔河流域、阿特奥依纳克河流域、台兰河流域与(南)木扎尔特河流域的源头分布着长大的树枝状复合山谷冰川。在第四纪中，由于山体的构造抬升与全球性冰期——间冰期的气候旋回，在这几个流域的河谷中、谷坡上、山麓带留下丰富、典型、形态清晰的古冰川及相应的冰水沉积。本文应用ESR测年技术，选用石英颗粒中对光照与研磨比较敏感的Ge心信号(数个较老的冰碛年代选用E′心作为测年信号)对保存于此的冰川及冰水沉积进行定年，结合地貌地层关系探讨了托木尔峰地区第四纪冰川的演化序列；结合我国西部山岳冰川研究的文献资料与近年来课题组新的测年资料，对我国西部第四纪冰川演化序列进行了归纳与总结；结合高亚洲MIS3冰进的地质年代学证据及3阶段不稳定的气候记录，探讨高亚洲MIS3冰进问题。通过研究，初步得出如下结论：
　　 (1)托木尔峰地区系统地保存了从小冰期到MIS12的冰川沉积序列。新冰期到MIS12的ESR测年结果分别为3.6～6.9ka BP、7.3±0.8ka BP(OSL)；12.4～27.2ka BP、12.3±1.2kaBP(OSL)；41.1～54.4kaBP；56.1～74.5kaBP；143.6～234.8kaBP；425.3kaBP与453.0ka BP。基于测年结果并结合地貌地层关系得出：分布在现代冰川外围3～4列表面新鲜的终碛垅为小冰期冰川波动所沉积；以台兰河流域皮牙子里克终碛垅(6.3ka BP)为代表的冰碛形成于新冰期；(南)木扎尔特河流域出山口处，破城子多列终碛垅(14.9～74.5k a BP)为代表的冰碛沉积于MIS2～4；分布在台兰河流域山麓带，呈“坟堆”状冰碛小丘的台兰冰期冰碛(143.6k a BP、147.6k a BP)形成于MIS6；保存在阿特奥依纳克河流域，科契喀尔巴西冰川右侧第三系红色基岩上的青山头冰碛平台(453.0kaBP)为代表的冰碛沉积于MIS12。
　　 (2)通过对测年结果的综合分析，在阿特奥依纳克河流域与(南)木扎尔特河流域特定的地貌部位初步检测出MIS3b冰进的地质证据，其规模与MIS2相当。从现存冰川作用遗迹看，该区至少发育过3种类型的古冰川：MIS2～3冰川为大型的复合山谷冰川；MIS4冰川为大型的宽尾山谷冰川；MIS6冰川为溢出山口的山麓冰川，其冰川作用遗迹的规模为研究区之最。
　　 (3)托木尔河流域最高的冰碛平台和阿特奥依纳克河流域的青山头冰碛平台的ESR年龄(425.3ka BP与453.0ka BP)与我国北天山中段乌鲁木齐河源区高望峰冰碛年龄(477.1ka BP；459.7±46ka BP)相一致，表明我国天山西段与中段至少于MIS12抬升到与当时冰期气候相耦合的高度，进入冰冻圈并开始发育冰川。天山的青山头冰期和高望峰冰期与祁连山摆浪河流域的中梁赣冰期(462.9ka BP)遥相呼应。
　　 (4)我国西部高山、高原地区保存了从早更新世到小冰期的冰川作用遗迹。希夏邦马冰期是最早冰期(推测年龄为0.8～1.17Ma BP)；望昆冰期(ESR年龄为710±228kaBP)为最大冰期代表，可对应于MIS18～16；祁连山的中梁赣冰期与本区的青山头冰期是新测定的独立冰期，可对应于MIS12；以藏东南古乡冰期为代表的冰川沉积可对应于MIS6；术次冰期以来的冰川作用遗迹在各主要山系均有保存。
　　 (5)综合分析高亚洲MIS3冰进的地质资料与3阶段不稳定的气候记录发现：3阶段中期冷湿的气候环境是导致高亚洲MIS3冰进的主要原因。主要受季风环流影响的山系及青臧高原东部、东北部等地区，MIS3冰进的主导因素为强大的季风环流带来的丰富降水；主要受西风环流控制帕米尔山结与天山地区MIS3冰进的主导因素为3阶段中期冷阶段的低温。在托木尔峰地区特定的地貌部位检测出MIS3冰进事件也反应出3阶段中期本区降水增加的地质事实。现有的测年数据主要位于40～55ka BP，基本上可对应于古里雅冰芯记录的MIS3b(44～54ka BP)。综上所述，笔者认为，这次冰进为一独立冰阶，可对应于MIS3b。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第一节第四纪冰川的研究意义

第二节第四纪冰川研究的历史与进展

1与经典冰期模式对比研究阶段——地貌地层法

2与经典气候记录曲线对照研究阶段

3技术测年研究阶段——精确定年法

第三节选题的依据与研究意义

1选题依据

2研究意义

第二章 研究区概况

第一节研究区的自然概况

1地质地貌

2气候

第二节现代冰川及其特征

1冰川数量

2冰川的形态特征

第三节第四纪冰川遗迹分布

1托木尔河流域

2阿特奥依纳克河流域

3台兰河流域

4(南)木扎尔特河流域

第三章 托木尔峰地区第四纪冰川演化序列

第一节第四纪冰川研究中测年方法的简介与评估

第二节ESR测年的基本原理与方法

1 ESR测年的发展历史与现状

2 ESR测年的基本原理与方法

第三节年代样品的采集、预处理与测试

1样品的采集与预处理

2 E'心与Ge心的测年模式与测试

3测试结果分析

第四节托木尔峰地区第四纪冰川演化序列

1阿特奥依纳克河流域

2台兰河流域

3(南)木扎尔特河流域

4托木尔河流域

第五节西南天山与中天山北坡第四纪冰川演化序列对比

第四章 托木尔峰与西部其它研究区第四纪冰期对比及高亚洲MIS3冰进探讨

第一节我国西部第四纪冰川作用的年代学证据及与托峰的对比

1最早冰期—希夏邦马冰期

2 MIS20～16—青藏高原最大冰期与环境效应

3 MIS12冰期—新确定的独立冰期

4 MIS6气候特征及冰川作用的地质证据

5末次冰期(MIS4～2)的冰川与环境变化

6全新世以来(MIS1)的冰川波动

第二节高亚洲山岳冰川MIS3冰进及探讨

1高亚洲山岳冰川MIS3冰进的地质证据

2 MIS3气候不稳定波动的地质记录

3高亚洲山岳冰川MIS3冰进与MIS3b冷阶段的相关性探讨

第五章 结论与展望

第一节结论

第二节不足与展望

参考文献

个人简历/攻读博士学位期间参加的科研项目与写作的论文目录

致谢

附图