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QSR: 20万年以来气候驱动的青藏高原河流阶地形成机制评述

2019-04-26

造山带内普遍发育河流阶地,深刻记录着晚新生代、特别是第四纪因构造抬升和气候波动引起的河流失稳事件(Starkel, 2003; Pan et al., 2003; Bridgland and Westaway., 2008a, 2014; Zhang et al., 2018),其形成机制一直是造山带构造变形、地貌演化及地表过程研究中的热点。河流的阶段性下切及阶地形成,长期以来被认为是间歇性构造活动的结果,常被用来估算区域隆升(Burbank et al.,1996; Pratt et al., 2002; Jiang et al., 2016; Jia et al., 2017)。然而阶地的拔河高度,形成年龄与构造抬升速率之间的关系并不是简单的线性关系(Finnegan et al., 2014; Gallen et al., 2015)。已有模拟研究表明,河流阶地的形成也受控于气候变化驱动(Hancock and Anderson, 2002),大量实例研究陆续揭示出如下认识,即无论是低海拔区域还是高地形区的阶地形成都与气候冷-暖的转变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)。青藏高原及周缘活动造山带是构造与气候相互作用下地貌演化及阶地广泛发育地区。青藏高原不断隆升,成为亚洲水塔与大江大河的发源地,河流随高原抬升不断沿造山带稳定-深切交替作用,形成河流阶地充分记录了不同驱动机制的相对贡献。

新葡京彩票官网图1. 数据库中阶地研究点及引用的气候记录, 气候系统(据Wang et al., 2008; Yao et al., 2013修改)以及整个青藏高原的变形/侵蚀速率。红色,蓝色,绿色和深绿色的圆圈分别代表受西风,印度夏季风,过渡区和东亚夏季风影响的研究点。星号表示引用的气候记录: 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: 图内青藏高原周围地壳运动的水平和垂直GPS速度与稳定的欧亚大陆和2008年ITRF相关。

近几十年来,青藏高原及其周缘也陆续发表了一系列有关第四纪与现代气候变化的高分辨率记录(黄土-古土壤序列,石笋,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)和构造形变速率记录(GPS)Zhang et al., 2004; Liang et al., 2013; Bufe et al., 2017)及侵蚀速率数据(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)结果,使得更加深入地解读阶地形成机制成为可能。

基于此,新构造与年代学实验室博士研究生陶亚玲、熊建国副研究员及张会平研究员,联合中国科学院地球环境研究所常宏研究员等人,系统收集了已有青藏高原及其周围造山带阶地分布及年龄数据,整合了147篇新葡京彩票官网第四纪阶地年龄的文献,建立了河流阶地形成的年龄数据库。基于数据库、气候及构造的记录,探讨了青藏高原河流阶地形成机制。考虑到样本数量及阶地空间分布特征,研究重点分析了200ka以来三个不同气候系统(西风带、印度夏季风和东亚夏季风;图1)阶地形成机制,主要获得以下结论和认识:

(1)自200ka以来,在不同的气候背景下,整个青藏高原及周边造山带河流阶地的形成具有同步性。表明尽管二者不是简单的一一对应关系,但气候变化是河流阶地形成的主要控制因素。

新葡京彩票官网(2)阶地形成年龄峰值主要对应于冰阶-间冰阶过渡时期,即冷-热、冷-热的过渡时期,都会出现短期的河流不稳定,从而利于河流下切及阶地的形成。

(3)不同气候区之间阶地年龄存在显著差异,可能存在区域构造抬升的影响。


新葡京彩票官网 图2. (A)青藏高原不同气候区河流阶地形成年龄(25-200 ka)与MIS(蓝色条带)(LR04, Lisiecki and Raymo, 2005),(B)65℃N太阳辐照量(Berger and Loutre, 1991),(C)全球海洋和(D)中国南海深海氧同位记录(Lisiecki and Raymo, 2005; Tian et al., 2008)综合对比。


上述研究成果以青藏科考项目为第一资助,发表于国际期刊Quaternary Science Reviews:

新葡京彩票官网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. http://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106303