天山乌鲁木齐河流域冰川地貌与冰期研究的回顾与展望

日期:2019.12.16 阅读数:66

【类型】期刊

【作者】赵井东,施雅风,李忠勤(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院南京地理与湖泊研究所)

【作者单位】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室;中国科学院南京地理与湖泊研究所

【刊名】冰川冻土

【关键词】 第四纪冰川;冰川地貌;海洋氧同位素阶段(MIS);乌鲁木齐河;天山

【资助项】...(KZCX2-EW-QN304KZCX2-YW-GJ04);中国科学院自主课题“中国第四纪冰川与环境变化研究”资助;国家自然科学基金项目(41071010);科技部科技基础性工作专项项目...

【ISSN号】1000-0240

【页码】P118-125

【年份】2019

【期号】第1期

【期刊卷】1;|7;|8;|2

【摘要】乌鲁木齐河源于天山北列喀拉乌成山的北坡,区内保存着形态多样、较为清晰的第四纪冰川侵蚀与沉积地形.经过老中青数代人的考察研究,取得如下研究成果:1)查清了河源区冰川地形的分布与特征,运用冰川沉积学与地貌地层学原理对乌鲁木齐河出山口处的扇形地进行了冰川与非冰川成因的鉴别;2)基于地衣法、常规14 C与AMS14 C、TL、ESR、CRN(10Be)等多种定年方法的测年结果,并结合地貌地层学原理,建立了乌鲁木齐河流域小冰期、新冰期、末次冰期(MIS 2~4)、MIS 6与MIS12较完整的冰川演化序列,为我国第四纪冰川研究树立了一个典型范例.展望未来,乌鲁木齐河源区的冰川地貌演化模拟与古环境重建等需作进一步研究,喀拉乌成山南坡的冰川地形有待进行综合定年;若以乌鲁木齐河源流域冰期序列为参照,冰川发育与天山的构造抬升以及东、中与西段天山冰川发育是否具有一致性,天山地区是否保存有更老冰碛等科学问题尚待深入探讨.

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天山乌鲁木齐河流域冰川地貌与冰期研究的回顾与展望

天山乌鲁木齐河流域冰川地貌与冰期研究的回顾与展望

赵井东1, 施雅风1,2, 李忠勤1

(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学国家重点实验室,甘肃兰州730000;2.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008)

摘 要:乌鲁木齐河源于天山北列喀拉乌成山的北坡,区内保存着形态多样、较为清晰的第四纪冰川侵蚀与沉积地形.经过老中青数代人的考察研究,取得如下研究成果:1)查清了河源区冰川地形的分布与特征,运用冰川沉积学与地貌地层学原理对乌鲁木齐河出山口处的扇形地进行了冰川与非冰川成因的鉴别;2)基于地衣法、常规14C与AMS14C、TL、ESR、CRN(10Be)等多种定年方法的测年结果,并结合地貌地层学原理,建立了乌鲁木齐河流域小冰期、新冰期、末次冰期(MIS 2~4)、MIS 6与MIS 12较完整的冰川演化序列,为我国第四纪冰川研究树立了一个典型范例.展望未来,乌鲁木齐河源区的冰川地貌演化模拟与古环境重建等需作进一步研究,喀拉乌成山南坡的冰川地形有待进行综合定年;若以乌鲁木齐河源流域冰期序列为参照,冰川发育与天山的构造抬升以及东、中与西段天山冰川发育是否具有一致性,天山地区是否保存有更老冰碛等科学问题尚待深入探讨.

关键词:第四纪冰川;冰川地貌;海洋氧同位素阶段(MIS);乌鲁木齐河;天山

0 引言

乌鲁木齐河源于中国境内东段天山北列喀拉乌成山主脉的北坡,全长214.3km,流域面积4 684 km2,其中,流域的高、中山区是径流的形成区,面积为1 070km2,河道长62.6km.流域多年平均径流量约2.2×108m3,是维系乌鲁木齐社会经济发展的命脉河.河源区最高峰为天格尔Ⅱ峰(海拔4 476m),山脊海拔4 100~4 300m,现代冰川平衡线高度(equilibrium-line altitude,ELA)约为海拔4 100m,发育有冰川150条,面积约46km2.冰川类型主要有悬冰川、冰斗冰川和冰斗-山谷冰川,其中乌鲁木齐河1号冰川(以下简称1号冰川)是河源区的最大冰川,为小型山谷冰川.乌鲁木齐流域是我国较早开展第四纪冰川研究的地点之一,1959年在施雅风的倡导和组织下,乌鲁木齐河流域建起了冰川观测站(即天山冰川观测试验站的前身),进行现代冰川的观测研究,由此也拉开了河源区第四纪冰川研究的序幕.区内形态多样、较为清晰的冰川侵蚀与沉积地形是第四纪冰川研究的极佳对象.本区南距乌鲁木齐市约100km,1958年建成通车的乌(乌鲁木齐)库(库尔勒)公路纵贯整个流域,交通十分便利,区内天然剖面加之修路过程中辟出的人工剖面吸引了众多中外学者前往研究.目前,乌鲁木齐河流域在冰川侵蚀与沉积地形方面都取得了重要的研究成果,本文将对这些研究成果进行回顾,对尚待深入研究的问题进行了展望.

1 历史回顾

杨怀仁等[1]和施雅风等[2]是最早在本区开展第四纪冰川研究的学者.杨怀仁等[1]对流域的第四纪冰川进行了详细的研究,根据冰水扇、冰水阶地、黄土沉积以及冲积阶地推测天山第四纪中可能发育四次冰期;施雅风等[2]对缺失现代冰川的古冰斗地形的形成进行了探讨,并指出河源区的古冰斗可能形成于玉木(Würm)冰期,即末次冰期,相当于海洋氧同位素阶段(marine oxygen isotope stage,MIS)2-4.从冰期序列上推测望峰道班以上,海拔3 000m左右的冰碛垄形成于Würm冰期;现代冰川外围现代冰碛以外数百米到1km左右形态较清楚的终碛垄形成于小冰期(16世纪以来冷期的冰进事件).

1978—1979年围绕冰川侵蚀地貌的发育过程和冰川沉积相特征,在河源区进行了野外工作与相应的室内分析.研究内容涉及冰斗冰川[3]、槽谷演化[4]、槽谷横剖面形态[5]、冰蚀地形的形成机制[6]、源头胜利达坂岩石风化剥蚀速率[7]、雪线变化[8]、冰碛垄与冰碛物的类型和特征[9]、冰碛、冰水冲积砾石的岩性与形态特征[10]、冰川沉积[11]、冰期划分[12]等,集为专辑刊为《冰川冻土》1981年第3卷(增刊).因末次冰期以来的冰碛保存较好、形态较典型、剖面出露较完整,因此备受学者们的关注.马秋华[13]对望峰冰碛的结构特征、冯兆东等[14]对末次冰期以来终碛的沉积类型和沉积过程、秦大河等[15]对主玉木冰期以来冰川变化和发育环境进行更深入的探讨.

对冰川地形(侵蚀地形与沉积地形)进行精确定年是第四纪冰川研究的基本要求,也是冰冻圈演化与古环境重建内在的基本要求.王靖泰[12]较早应用常规14C法对河源区的冰川沉积及其上覆黄土中的古土壤层进行了测年,推测上望峰冰碛的沉积时间.1981年美国学者Pewe到天山站访问,指点中国学者认识地衣中的地图衣(Rhizocarpon geographicumL.DC)和红石黄衣(Xanthoria elegans Link Th.Fr.),根据它们的直径与生长速率进行冰碛定年的.陈吉阳[16]循此研究,定出1号冰川末端3道终碛垄分别形成于公历(1538±20)年,(1777±20)年和(1871±20)年.1777年代的第2道终碛明显挤压超覆于第1道终碛之上,显示其较强的前进动力.第1道终碛形成时,1号冰川面积为2.23km2,比1988年大22%,当时平衡线高度相对低130m.应用树木年轮资料推算,当时年平均温度比现代低1.3℃,夏季温度低0.6℃,年降水减少50~65mm[17].随着可对冰川地形进行直接与间接定年的测年技术的发展与应用,众多学者应用一种或多种定年方法,如质谱加速器14C(accelerator mass spectrometry14C,AMS14C)法、电子自旋共振(electron spin resonance,ESR)法以及宇宙成因核素(cosmogenic radionuclide,CRN)法等,结合传统的地衣年代测定法(lichenometry)、常规14C法、热释光(thermoluminescence,TL)法等取得的年代学资料[12,16,18-25],河源区相对完整的第四纪冰川演化序列也渐趋清晰.

2 冰川地貌

根据冰川作用的最终地貌形态,可将冰川地形分为冰蚀地形、冰碛地形、冰水沉积地形等,河源区基本上保存有这几类冰川地形.冰水沉积发育需要在冰碛外围有相对展宽、较为平坦的地形,河源区因受沟谷狭小地形的限制,除小冰期以来的冰水沉积展布于冰碛垄前方外,较老的冰水沉积基本已被侵蚀掉,仅在红五月桥附近与后峡二营附近有所保存.早期考察认为的乌鲁木齐河出山口扇形地为冰水沉积[1],经考察研究认为扇形地砾石沉积系山麓带冲洪积沉积,并非冰水沉积[22].所以,此处仅就冰蚀地貌与冰碛地貌展开论述.

2.1 冰蚀地貌

不同的冰川地貌分布在不同的海拔高度与部位.一般而言:刃脊、角峰分布在平衡线以上.河源区的山脊线一般高于现代冰川平衡线的高度,介于两条冰川或是多条冰川之间的山脊线,由于冰川长期的剥蚀,刃脊形态较为明显.几个相邻冰斗后壁交汇形成形态很尖的山峰称为角峰,如河源区2号冰川与3号冰川之间即有一个发育较好的角峰.冰斗为河源区最重要的冰蚀地形之一.冰斗一般发育在冰川平衡线附近,若不考虑后期构造抬升的影响,可以将古冰斗底部的高度视为当时冰川平衡线的高度所在.位于1号冰川东北,6号冰川背面的冰斗形态最为典型,被称为空冰斗(图1a).空冰斗形态上呈围椅状,朝向东南,斗口处有反向岩坎.该冰斗长2km,宽1.5km,冰斗底海拔3 830m,后壁最高处海拔4 363m.同一次冰川作用形成的冰斗分布高度大致相同,河源区的冰斗可分为两级:较老一级海拔介于3 500~3 600m;较年轻的一级海拔介于3 700~3 800m.河源区冰斗的分布非常密集,平均约3.7km2内就发育有一个冰斗[3].冰川谷又叫槽谷,因其横剖面呈“U”字形,所以又称为“U”形谷.但其判别的标志不是其横剖面形态,而是其纵剖面.纵剖面交替出现的冰盆与冰坎是判断冰川谷与否的重要标志.河源区形态独特的冰川谷从现代冰川末端一直延伸到望峰道班向下1~2km范围内(图1b),在平面形态呈上宽下窄的地貌形态,贯通性好,比较顺直.上宽下窄地貌形态的形成与冰川的冰量、冰层的厚度、冰层的下伏基岩的岩性等有关.在望峰道班附近为双层槽谷,分别称为上槽谷与下槽谷:下槽谷保存完好,形态完整,横剖面呈倒置的抛物线形;上槽谷形成的年代比较久远,遭到了后期的切割破坏,形态不完整,现在可见的只是断续的几处.其中,以望峰道班(K107)向上3~4km河对岸高出现代河床200~300m,宽度数百米(最宽处可达500m),长度约3km的一高平台保存较好.主谷两侧还保存有当时支冰川消退后留下的呈悬挂状态的“U”形谷,即悬谷.河源区其它的冰蚀地形,如羊背岩与鼓丘、冰坎与岩(冰)盆、冰川擦痕、冰蚀磨光面等均有分布.

图1 乌鲁木齐河上游冰蚀地形之冰斗(a.苏珍提供)与“U”形谷(b.赵井东提供)
Fig.1 Cirque(a)and U-shaped valley(b)at the headwaters of theÜrümqi River

图2 乌鲁木齐河上游第四纪冰川遗迹分布
Fig.2 Distribution of the Quaternary glacial landforms at the headwaters of the Ürümqi River

2.2 冰碛地貌

随冰川一起向下运移的表碛、内碛、中碛以及冰川底部的滞碛等在冰川的不同部位沉积下来形成的地貌形态为冰碛地形,山地冰川较为常见的冰碛地形有终碛垄、侧碛垄、中碛垄等.河源区除了现代冰川外,多次古冰川作用遗迹历历在目(图2).从现代冰川末端一直到望峰道班向下1~2km范围内,共分布有5套冰碛.

第一套冰碛分布在现代冰川末端向下数百米到1km范围内,冰碛新鲜,擦痕明显,擦面石随手可捡.其中,1号冰川末端3列终碛垄形态最为明显(图3)[12],表面尚未发育土壤,无植被,不过在岩块上生长一些地衣、苔藓等低等“拓荒者”植物.第二列终碛垄推挤超覆在第一列终碛垄上,显示了该次冰川波动前进的动力较强.岩性较为单一,以片岩、眼球状片麻岩、花岗闪长岩、灰绿岩为主.

图3 河源1号冰川前小冰期冰川沉积示意图[12]及其地衣年龄[16]
Fig.3 Three end moraines of the Little Ice Age in front of the terminus of the Glacier No.1,and their lichenometric ages

从小冰期终碛垄向下1km左右,在天山气象站和山北道班房附近,末端海拔约3 500m有两列被称为山北组(分别为山北组Ⅰ与山北组Ⅱ)的终碛垄等为河源区的第二套冰碛.这套冰碛表面发育有薄层土壤,已初步风化.冰碛由岩块、砾石及粘土组成,岩性以片岩、眼球状片麻岩、花岗闪长岩为主.

河源区较老冰碛为上望峰冰碛、下望峰冰碛和高望峰冰碛,分别为该流域的第三、第四与第五套冰碛.上望峰冰碛与下望峰冰碛分布在罗卜道沟沟口至望峰道班向下1~2km的下槽谷中,上望峰冰碛的末端海拔在3 000m左右,顶部覆有近半米的类黄土沉积,其上发育有灰色的土壤层.下望峰冰碛分布在道班附近约3.5km的槽谷中,下限高度约在海拔2 900m.其中以厚约80m平坦的冰碛平台为代表,平台上没有巨大的冰川漂砾,覆盖有约1m厚的黄褐色的土层,生长有高山草甸.野外观测可发现冰碛平台可分成上下两层,上层比下层疏松.从现存的地貌形态看,下望峰冰碛堆积时的原始地形已经遭到了破坏.在岩性上二者较为相似,以花岗岩、眼球状片麻岩、花岗闪长岩为主.二者在道班房向西有明显的推覆不整合接触关系[13].这是判定它们沉积于不同冰川作用的最有力的证据,下望峰冰碛的胶结程度也比上望峰的高.

高望峰冰碛在沉积上与上望峰、下望峰冰碛没有接触关系,它分布在高出下槽谷150~200m的上槽谷残剩的谷坡上,海拔约3 400m,上槽谷的存在表明河源区曾经历过一次更老的冰川作用,据此可以推断高望峰冰碛比下望峰与上望峰冰碛老.这套冰碛形成年代久远,原始地形已遭破坏,仅有残存的冰碛分布在上层槽谷中,厚度也只有10m左右.虽然该套冰碛久经风化,在冰碛物中仍可以找到冰川作用印记——冰川擦面石.岩性与上望峰、下望峰的岩性相似,有花岗岩、片岩、眼球状片麻岩、花岗闪长岩、辉长岩、硅质岩,其上发育有灰褐色的土壤,覆盖有高山草甸.

3 冰川演化序列

随着河源区冰川地形直接与间接的测年资料的累积,且与MIS进行对照,河源区的第四纪冰川演化序列也逐渐清晰起来.

基于地衣直径的大小是生长速率与时间的函数,Chen[16]应用地衣年代测定法获得距离冰川末端较近的3列终碛垄的年代分别为公元(1538±20)年、(1777±20)年和(1871±20)年(图3).Yi等[19]应用AMS14C测得的年龄为(390±211)a BP与(420±150)a BP.从测年结果看,河源区第一套冰碛是近400~500a以来小冰期冰川波动前进所沉积.

根据地衣测年,山北道班附近的冰碛最少是距今2 800aBP前沉积的[16].气象站冰碛与山北组Ⅱ冰碛的14C年龄分别为(5 680±150)a BP与(4 080± 150)a BP[16],山北组Ⅱ冰碛上覆钙膜的14C年龄为(3 949±141)a BP[25].综合这几个年龄可以得出,冰川观测试验站、气象站与山北道班附近的冰碛沉积于新冰期.第二套冰碛形成于新冰期的结论还得到了Yi等[19]AMS14C测年结果(冰碛上覆钙膜内层与外层年龄分别为:(6 560±150)a BP与(1 860 ±110)a BP)的进一步证实.

最初,经杨怀仁等[1]的观测,施雅风等[2]基于古冰川相对演化序列推测望峰道班以上的冰碛(上望峰冰碛)形成于末次冰期.王靖泰[12]基于冰碛的14C年龄(14 920±750)a BP与上覆黄土的14C年龄(9 170±400)a BP、Yi等[19-20]基于AMS14C年龄((19 010±450)a BP与(23 080±510)a BP)与ESR年龄(27.6ka BP与37.4ka BP)得出:上望峰形成于末次冰期晚期,可对应于MIS 2.随着研究的深入与古气候、古环境资料的积累,Zhao等[23]根据测得的ESR年龄((35±3.5)ka BP)并综合分析古气候与古环境资料,认为将上望峰冰碛形成时间定于MIS 2-3较为合适.

下望峰形成时间的争议比较大,王靖泰[12]根据太平洋钻孔V28-238与V28-239的δ18O记录曲线推测下望峰冰碛沉积时间应该对应于MIS 6.李世杰[18]基于下望峰冰碛底部河流相沙子的TL年龄((37.7±2.6)ka BP)认为下望峰冰碛是末次冰期晚期的沉积物.易朝路等[20]基于冰碛平台上部ESR测年结果(54.6~72.6ka BP),得出下望峰冰碛沉积于末次冰期早期,即对应于MIS 4.基于望峰道班附近冰碛平台可以分成上下两层的情况(图4).Zhao等[23]采集冰碛平台下部年代学样品,应用ESR测年技术测得3个较为一致的年龄,分别为(176±18)ka BP、(184.7±18)ka BP与(171.1± 17)ka BP,得出下望峰冰碛系两次冰川作用所成,冰碛平台的上部沉积于末次冰期早期,即对应于MIS 4.冰碛平台下部冰碛为倒数第二次冰川作用的残留,可对应于MIS 6.除了直接年代学证据外,后峡二营附近较为发育的第二级冰水阶地的ESR年龄((125.6±13)ka BP)与上覆黄土下部的TL年龄((90.0±7.5)ka BP)、出山口阶地面较宽的第三级阶地的ESR年龄((114.4±11)ka BP)都从侧面证实MIS 6发育过规模较大的冰川作用.该结论也证实了王靖泰[12]最初的部分推断.

高望峰冰碛残存在高出下槽谷150~200m的上槽谷的谷坡(图5),上槽谷的存在表明乌鲁木齐河流域曾经历过一次更老的冰川作用.可以推断高望峰冰碛要比下望峰与上望峰冰碛老得多.基于地貌地层学原理,高望峰冰碛为河源区残存的最老冰碛得到了多数学者的认可.根据其ESR年龄((459.7±46)k a BP与477.1ka BP)[21],这次冰川作用与祁连山摆浪河流域的“中梁赣冰期”[26]以及托木尔峰南麓阿特奥依纳克流域“青山头冰进”[27]发生时间基本一致,可对应于MIS 12.

图4 望峰道班附近河谷横断面与ESR测年结果[23]Fig.4 A cross section near Wangfeng Road Maintenance Squad's House and ESR dating results

此处还需要进行说明的是,Kong等[24]应用CRN(10Be)测年技术测得的冰川观测站、上望峰与高望峰15个(5.2±0.6)~(20.9±1.9)ka BP的暴露年龄.这些年龄未能反应出以前学者基于地貌地层学原理判读得出的地貌关系.Kong等[24]给出的可能原因解释是这些漂砾系后期出露或被重新改造所致.其中与ESR年龄存在巨大的差别,他们也给出了两个可能解释:其一,ESR年龄为冰碛的沉积年龄,年轻的暴露年龄是冰碛后期的暴露年龄;其二,冰碛暴露年龄记录的是支谷冰川的退缩时间,年龄较老的ESR年龄反映出冰碛物没有彻底曝光的问题.该研究提及的这些问题需作深入的探讨,特别是埋藏年龄与暴露年龄,以期应用不同测年技术获得较一致的测年结果.基于不同测年方法及其测年结果如表1所列.

图5 望峰附近上下槽谷横断面图[21]及ESR测年结果[21,23]
Fig.5 A cross section showing the upper and lower U-shaped valley near Gaowangfeng and ESR dating results

表1 不同测年技术及其年代
Table 1 Different dating techniques and their dates

注:因Kong等人[24]15个暴露10Be年龄与表中地貌关系不大一致,故未列出.

小冰期___采样位置_____测年方法 结果与资料来源 冰期或地衣法 (1538±20)AD,(1777±20)AD,(1871±20)AD[16]AMS14C (390±211)a BP,(420±150)a BP(冰碛钙膜)[19]冰川观测站,气象站与山北组MIS No.1冰川前三道终碛垄AMS14C (6560±150)a BP(钙膜里层),(1680±110)a BP(钙膜外层)[19]MIS 12新冰期14C (5680±150)a BP,(4080±150)a BP(山北组Ⅰ)16;(3949±141)a BP(山北组Ⅱ)[25]上望峰14C (9170±400)a BP(冰碛上覆黄土),(14920±750)a BP[12]MIS 2-3 AMS14C (19010±450)a BP(冰碛钙膜),(23080±510)a BP(冰碛钙膜)[19]ESR 27.6ka BP,37.4ka BP[20];(35±3.5)ka BP[23]下望峰 TL (37.7±2.6)ka BP(冰碛层底部河流沉积沙)[18]MIS 2 ESR 冰碛平台上部,54.6ka BP,56.6ka BP,58.6ka BP,72.6ka BP,40.1ka BP(河流沉积沙)[20]MIS 4冰碛平台下部,(176±18)ka BP,(184.7±18)ka BP,(171.1±17)ka BP[23]MIS 6高望峰 ESR 477.1ka BP[21],(459.7±46)ka BP[21,23]

通过多位学者的考察研究,出山口扇形地的成因问题也基本得到解决,早期的考察研究认为扇形地为冰水沉积[1].乌鲁木齐河出山口的扇形地北向延伸12km尖灭,面积约180km2,地面坡降约2°.沉积层厚达400m,砾石层粒径以10~20cm为主,磨圆度较好,形成的9级阶地中,较老的5~9级为基座阶地,较新的1~4级为内叠阶地(图6).最髙一级阶地沙尔巧克砾石层ESR测年己达1 148.2 ka BP,即己进入早更新世.巨厚砾石层指示着山地快速抬升过程中地面坡降较大的长时间连续堆积.T5相对高度较大,阶地宽展向上游断续延伸,其ESR年代为337.8ka BP,即在前述相当MIS 12的高望峰冰期结束以后继以长期的流水夷平作用.T3阶地面比较宽,沙尔巧克村就坐落其上,ESR年代为114.4ka BP,形成于末次间冰期.本段天山抬升如以1 148.2ka BP为界,此后为快速抬升,此前应为缓慢的不显著的抬升,其时本段天山高度不大,不大可能发育冰川.因此,高望峰期槽谷与冰碛形成于MIS 12,为该流域最早冰川作用的推断是正确的.

图6 乌鲁木齐河出山口沙尔巧克砾石层、河流阶地及其ESR年龄[22]
Fig.6 A cross section showing the Shaerqiaoke gravel,the terraces and their ESR dates at the mouth of theÜrümqi River

4 展望

4.1 河源区冰期环境的重建

随着多种测年技术在河源区的综合应用,河源区的第四纪冰川演化序列已基本建立,而且不断细化.基于地貌地层学、年代学与冰川学的相关知识,可以重建不同冰川作用期的冰川面积.应用冰川平衡状态下积累区面积比率(accumulation area ratios,AAR)值,可以推算当时冰种平衡线的下降值.依据平衡状态下冰川的能量与物质平衡进一步估算当时的降水与降温状况.冰川遗迹并不能连续记录冰川变化,特别是一些年代久远,遭到严重破坏的冰川遗迹.不过末次冰期(MIS 2~4)以来的冰川遗迹距今时间较近,保存相对完整,一些古环境变化信息通过研究较易获得,如Xu等[28]初步重建了河源区末次冰期(上望峰冰期)时的古气候.但河源区多次冰川作用期的古环境还有待进一步研究.

4.2 天山第四纪冰川演化的时空格局与更老冰川作用

天山全长约2 500km,一般将我国境内的天山称为天山中东段,位于塔吉克斯坦与吉尔吉斯斯坦境内的天山称为西天山.国外学者应用OSL与CRN(10Be)年代测定技术对西段天山第四纪冰川遗迹进行了年代测定,现有研究资料[29-30]尚无西天山早于MIS 6冰川作用的报道,中国境内中东段天山第四纪冰川测年资料显示最老的冰川作用发生在MIS 12[21-23,27,31],西段天山与中东段天山第四纪冰川发育是否具有一致性,为何现有研究资料显示西段天山与我国境内的中东段天山第四纪冰川发育差异如此之大等问题,还有待进一步深入探讨.

青藏高原及其周边山地第四纪冰川演化研究表明:剧烈的山体抬升造就的高峻地形地势与全球性冰期气候耦合是我国第四纪冰川极为发育的主要原因.天山山系本质上也是印度次大陆板块与欧亚板块相互碰撞的结果[32].从青藏高原及周边山地、天山等地区的第四纪冰川现有研究资料看,天山第四纪冰川发育似乎要晚于青藏高原及周边山地[33],这是否说明印度次大陆板块与欧亚板块碰撞的强度与应力向北递减,约在MIS 12,构造运动才使得天山抬升到与当时冰期气候相耦合的高度发生了的冰川作用.此外,发生在1.1~0.6Ma BP之间的“昆仑-黄河”运动[34]被认为是天山山前洪积扇发生倾斜形变的原因之一[22],其根本原因为何,天山地区更老冰期及其遗迹的进一步追索与研究有助于这些问题的最终解决.

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Glacial Geomorphology and Glaciations at the Headwaters of theÜrümqi River,Tianshan Mountains,China:Review and Prospect

ZHAO Jing-dong1, SHI Ya-feng1,2, LI Zhong-qin1
(1.State Key laboratory of Cryospheric Sciences,Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou Gansu 730000,China;2.Nanjing Institute of Geography&Limnology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing Jiangsu 210008,China)

Abstract:TheÜrümqi River originates from the northern slopes of the Kelawucheng Mountains,northern range of the eastern segment of the Tianshan Mountains,China.Glacial erosional and depositional landforms were well-preserved at the headwaters of theÜrümqi River.These landforms contain considerable information about the changes of the ancient glaciers and indicate that there are multiple Quaternary glaciations in this drainage.With the hard working by many scholars in the past five decades,several conclusions have been drawn:1)Based on the principle of glaciology and sedimentology,geomorphology and distribution and characteristics of the Quaternary glacial landforms and sediments have been investigated,the glacial and non-glacial sediments have been studied.2)Based on the results of dating,such as traditional14C,accelerator mass spectrometry14C,lichenometry,thermoluminescence,electron spin resonance,cosmogenic radionuclide(10Be),and considering the principle of geomorphology and stratigraphy,the Little Ice Age,Neoglaciation,Last Glaciation(MIS 2~4),and glaciations corresponding to MIS 6and MIS 12have been confirmed.A typical case of the Quaternary glaciations in China has been established.Reviewing the past and prospecting the future,it is suggested that more studies on the paleoenvironment reconstruction and glacial landforms modeling should be done.The glacial landforms on the southern slopes of the Kelawucheng Mountains should be determined synthetically.Referring the Quaternary glacial revolution in this drainage,the relationship between the glacier development and the tectonic uplift of the Tianshan Mountains should be further study.In addition,it should be emphasized in the future study that the glaciers developed in the eastern,middle and western segments of Tianshan Mountains in synchronicity or not and were there the older glaciations in Tianshan Mountains?

Key words:Quaternary glaciations;glacial geomorphology;marine oxygen isotope stage(MIS);Ürümqi River;Tianshan Mountains

中图分类号:P534.63

文献标识码:A

文章编号:1000-0240(2011)01-0118-08

收稿日期:2010-06-08;

修订日期:2010-09-24

基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-EW-QN304;KZCX2-YW-GJ04);国家自然科学基金项目(41071010);科技部科技基础性工作专项项目(2006FY110200);中国科学院自主课题“中国第四纪冰川与环境变化研究”资助

作者简介:赵井东(1976—),男,江苏沭阳人,副研究员,2007年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获博士学位,现主要从事第四纪冰川与全球变化研究.E-mail:jdzhao@lzb.ac.cn

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