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QSR: 20萬年以來氣候驅動的青藏高原河流階地形成機制評述

2020-04-26

造山帶內普遍發育河流階地,深刻記錄著晚新生代、特別是第四紀因構造抬升和氣候波動引起的河流失穩事件(Starkel, 2003; Pan et al., 2003; Bridgland and Westaway., 2008a, 2014; Zhang et al., 2018),其形成機制一直是造山帶構造變形、地貌演化及地表過程研究中的熱點。河流的階段性下切及階地形成,長期以來被認為是間歇性構造活動的結果,常被用來估算區域隆升(Burbank et al.,1996; Pratt et al., 2002; Jiang et al., 2016; Jia et al., 2017)。然而階地的拔河高度,形成年齡與構造抬升速率之間的關系并不是簡單的線性關系(Finnegan et al., 2014; Gallen et al., 2015)。已有模擬研究表明,河流階地的形成也受控于氣候變化驅動(Hancock and Anderson, 2002),大量實例研究陸續揭示出如下認識,即無論是低海拔區域還是高地形區的階地形成都與氣候冷-暖的轉變期具有很好的一致性(Bridgland, 2000; Antoine et al., 2000, 2007; Pan et al., 2003, 2009, 2012, 2013; Cordier et al., 2006; Vandenberghe, 2008; Bridgland and Westaway, 2008a, 2008b; Lu et al., 2010; Hu et al., 2012; Hetzel, 2013; Tofelde et al., 2017; Singh et al., 2016b; Zhang et al., 2018)。青藏高原及周緣活動造山帶是構造與氣候相互作用下地貌演化及階地廣泛發育地區。青藏高原不斷隆升,成為亞洲水塔與大江大河的發源地,河流隨高原抬升不斷沿造山帶穩定-深切交替作用,形成河流階地充分記錄了不同驅動機制的相對貢獻。

圖1. 數據庫中階地研究點及引用的氣候記錄, 氣候系統(據Wang et al., 2008; Yao et al., 2013修改)以及整個青藏高原的變形/侵蝕速率。紅色,藍色,綠色和深綠色的圓圈分別代表受西風,印度夏季風,過渡區和東亞夏季風影響的研究點。星號表示引用的氣候記錄: Kesang洞(Cheng et al., 2016b), KS15剖面(Li et al., 2018), Bittoo洞(Kathayat et al., 2016), Tianmen洞(Cai et al., 2010), Sanabo洞(Cheng et al., 2016a) 和Jingyuan 剖面(Sun et al., 2006)。注:圖內青藏高原周圍地殼運動的水平和垂直GPS速度與穩定的歐亞大陸和2008年ITRF相關。

近幾十年來,青藏高原及其周緣也陸續發表了一系列有關第四紀與現代氣候變化的高分辨率記錄(黃土-古土壤序列,石筍,深海氧同位素等)(Chen et al., 1999; An, 2000, 2001; Sun et al., 2006; Wang et al., 2005, 2008; Cheng et al., 2016a, 2016b; Kathayat et al., 2016; Li et al., 2018)和構造形變速率記錄(GPS)Zhang et al., 2004; Liang et al., 2013; Bufe et al., 2017)及侵蝕速率數據(10Be)(Finnegan et al., 2008; Ouimet et al., 2009; Palumbo et al., 2010; Henck et al., 2011; Charreau et al., 2011; Munack et al., 2014)結果,使得更加深入地解讀階地形成機制成為可能。

基于此,新構造與年代學實驗室博士研究生陶亞玲、熊建國副研究員及張會平研究員,聯合中國科學院地球環境研究所常宏研究員等人,系統收集了已有青藏高原及其周圍造山帶階地分布及年齡數據,整合了147篇關于第四紀階地年齡的文獻,建立了河流階地形成的年齡數據庫?;跀祿?、氣候及構造的記錄,探討了青藏高原河流階地形成機制??紤]到樣本數量及階地空間分布特征,研究重點分析了200ka以來三個不同氣候系統(西風帶、印度夏季風和東亞夏季風;圖1)階地形成機制,主要獲得以下結論和認識:

(1)自200ka以來,在不同的氣候背景下,整個青藏高原及周邊造山帶河流階地的形成具有同步性。表明盡管二者不是簡單的一一對應關系,但氣候變化是河流階地形成的主要控制因素。

(2)階地形成年齡峰值主要對應于冰階-間冰階過渡時期,即冷-熱、冷-熱的過渡時期,都會出現短期的河流不穩定,從而利于河流下切及階地的形成。

(3)不同氣候區之間階地年齡存在顯著差異,可能存在區域構造抬升的影響。


 圖2. (A)青藏高原不同氣候區河流階地形成年齡(25-200 ka)與MIS(藍色條帶)(LR04, Lisiecki and Raymo, 2005),(B)65℃N太陽輻照量(Berger and Loutre, 1991),(C)全球海洋和(D)中國南海深海氧同位記錄(Lisiecki and Raymo, 2005; Tian et al., 2008)綜合對比。


上述研究成果以青藏科考項目為第一資助,發表于國際期刊Quaternary Science Reviews:

Yaling Tao, Jianguo Xiong, Huiping Zhang*, Hong Chang, Leyi Li. 2020. Climate-driven formation of fluvial terraces across the Tibetan Plateau since 200 kya: A review. Quaternary Science Reviews, 237, 106303. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106303


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