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天山夏特河流域晚第四纪冰川沉积序列与地貌演化.docx
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天山夏特河流域晚第四纪冰川沉积序列与地貌演化.docx
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山地冰川对气候变化(温度/降水)响应灵敏,享有“大陆温度计”之美誉
[ 1]
。冰川对气候变化的响应直接影响到冰川地貌的形成过程、冰碛物的搬运
沉积和高寒地区的景观演变,在地球上,大量丰富且形态独特的冰川侵蚀与沉
积地形保存在现代及古冰川作用区
[ 2-6]
。这些地形包含着丰富的古气候变化信
息,对它们进行研究可获得冰冻圈演化重建与模拟不可或缺的基本信息。随着
科学技术的发展,可靠年代学框架的建立已成为古冰川研究的重要内容之一,
同时也是古气候环境重建的基础。随着多种可对冰川地形进行直接定年的测年
技术,如光释光法(optically stimulated luminescence, OSL)、原地宇宙
成因 核素 法(terrestrial in situ cosmogenic nuclides, TCN)、电子 自旋 共
振法(electron spin resonance, ESR)等测年方法的发展与应用,促进了第
四纪冰川可靠年代学框架的建立,这使人们对第四纪冰川时空演化有了更深刻
的理解
[ 4-8]
。
天山是中亚地区最大,也是构造最活跃的山系,整个山系大致呈东西走向,
由多条近似平行的次一级山脉及介于其间的山间盆地组成。它西起吉尔吉斯斯
坦西部边界,向东延伸至接近中蒙边境处,全长 2 500 km,其中 1 700 km 横
亘于新疆维吾尔自治区,将新疆分为南疆与北疆。天山有多座海拔超过 5 000
m 山峰,其中托木尔峰是其最高峰,海拔 7 435 m
[ 5 ]
。在第四纪期间,因山
体抬升与全球性冰期与间冰期气候的耦合,依托高大山体发育的冰川均发生了
数次规模较大的进退,丰富且形态独特的冰蚀与冰碛地形及相应的冰水沉积地
形保存在山谷、山间盆地与山麓带。在过去 20 年间,中外学者对天山东、中、
西段不同流域或区域的第四纪冰川进行了广泛研究,应用 ESR
[ 9-15]
、OSL
[ 15-
18]
与 TCN
[ 19-28]
等测年技术涌现出许多新的研究成果。这些研究工作使得天山
地区第四纪冰川时空演化规律渐趋明晰,也为中亚地区古气候环境重建提供了
新的重要的基础信息。
夏特河与托木尔—汗腾格里峰的东南坡的木扎尔特河南北呼应,故又称为
北木扎尔特河。流域内保存有较为完整的古冰川沉积序列、发育较好的“U”形
谷和成群的冰斗等冰川地形,这些地形均包含着重要的古气候环境信息,因缺
乏数值年龄的约束,使人们对该流域的第四纪冰川进退历史及地貌演化的认知
仍停留在相对年龄划分层面上,该情况也不利于本区古气候环境的重建。在本
研究中,采用遥感技术、实地考察、OSL 测年相结合的方式来重建研究区的第
四纪冰川演化史,旨在对夏特河流域晚第四纪冰川波动与古气候环境变化提供
新的认知。此外,有些研究表明,晚第四纪季风环流控制下的青藏高原及周边
山地的冰川演化与全球冰量变化呈现出异步性,如末次冰盛期和早全新世等。
受中纬度西风环流控制的天山地区晚第四纪冰川的演化规律如何呢?本研究
可为此科学问题的解决提供一些参考。
1 研究区概况
夏特河全长约 60 km,流域面积约 1 228 km
2[ 29]
,是特克斯河的一级支流,
伊犁河的二级支流,水流最终注入哈萨克斯坦境内的巴尔喀什湖。在气候上,
天山主要受中纬度西风环流的控制及局部大气环流的影响,冬季强大的西伯利
亚冷高压对天山地区施加了较大的影响。伊犁盆地属温带大陆性半干旱气候,
年平均气温 2.6~10.4 ℃,年平均降水量 257~512 mm
[ 30]
。由气象观测资料
可知,该区域的山区气候寒冷,属于半湿润气候,伊犁盆地现代冰川平衡线高
度处(equilibrium-line altitude, ELA)年平均降水量在 800~1 000 mm,年
平均气温约 9.7 ℃
[ 29]
。这些数据与南坡台兰河流域
[ 31]
和阿特奥依纳克河流
域
[ 12]
ELA 处的观测资料相接近。
流域内山脊线的海拔为 3 000~5 000 m,有 5 座海拔超过 5 000 m 的山峰,
现代冰川的 ELA 为 3 800~3 900 m。较大的冰川作用正差加之来自大西洋和北
冰洋的含水气流带来的较为丰富的降水使得该流域的冰川较为发育。河源区共
发育了包括悬冰川、冰斗冰川、单一山谷冰川和复式山谷冰川在内的 113 条现
代冰川,总面积 207.46 km
2
,冰量 17.77 km
3[ 29]
。流域内最大冰川为阿尔恰
勒特尔冰川(冰川编号:5X046K-33),长约 13.8 km,面积 48.60 km
2
,冰
量 7.7274 km
3
。阿尔恰勒特尔冰川是复式山谷冰川,从海拔约 3 960 m 的 ELA
下伸至海拔 2 720 m 处,垂直高差超过了 1 200 m。
2 冰川地貌
夏特河流域四套保存较好的冰川沉积以及发育较好的“U”形谷和成群的冰
斗共同记录了该流域晚第四纪以来的古冰川演化史(图 1)。
图 1
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