以ESR测年为约束的中国第四纪冰期序列研究
【类型】期刊
【作者】柴乐，刘亮，许姗，张威（辽宁师范大学城市与环境学院）
【作者单位】辽宁师范大学城市与环境学院
【刊名】国土与自然资源研究
【关键词】 冰川地貌；ESR测年；冰期序列
【资助项】国家自然科学基金项目(41501068，41671005，41271093)
【ISSN号】1003-7853
【页码】P62-65
【年份】2019
【期号】第5期
【摘要】本文首次利用已公布的ESR测年数据,建立以ESR测年为约束的中国第四纪冰川序列。ESR年代遍布昆仑冰期至小冰期的各次冰期,且成为指示昆仑冰期、中梁赣冰期等老冰期的重要证据。但还存在信号归零机制不清、残留剂量不易确定等问题,亟待深入研究。
【全文】 文献传递
以ESR测年为约束的中国第四纪冰期序列研究
Quaternary glaciation of China,constrained by electron spin resonance dating
1 引言
近年来，随着各种冰川测年技术的发展与应用，青藏高原及周边山地获得了大量可供对比的年代学数据，前人[1，2]整理归纳的中国第四纪冰期序列，都是以多种测年数据结果为依据，由于各种测年手段的差异和局限，势必造成冰期划分和对比的不统一，甚至在说明个别问题时会带有选择性。对单一测年手段的详细分析目前只集中在了国际认可度较高的宇宙成因核素测年 [3]和光释光测年 [4]。电子自旋共振（electron spin resonance，ESR）用于冰川沉积物测年研究为国内学者首创，但目前还没有对ESR测年结果进行过单独的总结与分析的报道，故本文首次建立以ESR测年为约束的中国第四纪冰川序列年表，查明其冰期序列的特征，并指明未来ESR测年在冰川年代学的研究方向。
2 以ESR测年为约束的中国冰期序列年表
本文选取了1997-2017年发表的33篇文献中的213个ESR年代数据，数据选取原则为剔除其他沉积物、与地貌地层新老关系严重不符的年代数据，只选取直接用于冰川或冰水沉积物定年的数据。中国ESR冰川沉积物测年数据和研究区遍布阿尔泰山、天山的中段和东段、帕米尔高原公格尔山、祁连山脉、青藏高原内部的昆仑山垭口地区、唐古拉山、阿伊拉日居山、念青唐古拉山以及横断山脉的众多山地，研究区分布及文献出处如图1，年代数据分布与深海氧同位素阶段（Marine Isotope Stage，MIS）对比如图 2。
从图2可以看出阿尔泰山喀纳斯河谷的冰进发生在 MIS2、MIS3、MIS4、MIS5 和 MIS6[5，6]。天山山脉的研究集中在东天山的博格达峰南坡和北列喀拉乌成山北坡地区，中天山托木尔峰南坡地区。其中博格达峰南坡的黑沟流域最大冰进发生在152.9±13.2ka，与西侧的古班博格达河流域（123.9±31.6-141.1±17.3ka）可以相互对比，共同指示本区冰期启动始于MIS6阶段[7]。东天山北列喀拉乌成山北坡的乌鲁木齐河源地区为冰川年代学研究的热点地区，上望峰的ESR 测年为 27.6ka 和 37.4ka[8]、35±3.5ka[9]，对应末次冰期的MIS2-3阶段。下望峰的上部沉积于54.6-72.6ka[8]，下部沉积于 171.1±17-184.7±18ka，分别对应MIS4和MIS6。高望峰残存冰碛为本区最老冰碛所在，年代为 459.7±46ka[9]和 477.1ka[10]，对应中梁赣冰期。中天山托木尔峰南坡的托木尔河、阿特奥依纳克河、台兰河和木扎尔特河流域的ESR冰进序列较全，分别对应新冰期、全新世早期冰进、末次冰期的早中晚三个阶段、倒数第二次冰期和中梁赣冰期[11-14]。
帕米尔高原公格尔山的ESR年龄分别为13.1±0.8-27.0 ±2.2ka，36.4 ±3.3-48.7 ±5.7ka，65.6 ±6.8-86.6±8.9ka与 105.6±9.4-178.3±17.8ka，对应小冰期、新冰期、MIS2、MIS3 中期、MIS4 和 MIS6[15]。
祁连山的研究分布在冷龙岭和摆浪河流域，共同指示祁连山脉在末次冰期的早中晚阶段、MIS6和MIS12都发生过大规模冰进[16-19]，其中摆浪河中梁赣冰碛ESR年龄为462.9ka，为MIS12阶段冰进的命名地[17]。
横断山脉由众多4000-5000m的高山组成，水热和地形条件的差异导致众多山地的冰期期次和规模不尽相同。末次冰期时，MIS3b阶段的冰川规模普遍大于末次冰盛期，如雀儿山硬普沟[20]、海子山[21]、折多山[22]、甘孜绒坝岔地区[23]、贡嘎山[24]、点苍山[25，26]，究其原因，本区为季风控制区，MIS3冰进可能是由于该阶段中期的冷期（也可能是古里雅冰芯记录中47-43ka B.P.两次冷事件的直接作用）结合较丰富的亚洲季风降水造成的，而末次冰盛期，虽然气温较低，但降水远不及MIS3阶段，导致冰进规模小于前者[27]。末次冰期早期MIS4的ESR年代证据仅发现于白马雪山（57±6.8-81±11ka）[28]和螺髻山（57.7±7-84±11 ka）[29]，且冰川规模均大于当地的末次冰盛期。倒数第二次冰期在白马雪山[28]、海子山[21]、贡嘎山[24]、玉龙雪山[30，31]、拱王山[32]都确切存在。白马雪山[28]的475±62ka和玉龙雪山[30，31]的448.3±89ka可与中梁赣冰期对比。横断山脉最老冰期的启动时限，稻城河谷的最老红色冰碛ESR年代为556.7±62.6[21]，类似的红色风化冰碛物在玉龙雪山也有ESR年代记录592.6±118.5ka[31]，最有可能对应MIS16阶段，共同指示横断山脉在此时开始进入冰冻圈。
图1 中国ESR冰川沉积物测年研究区分布图
（a）阿尔泰山喀纳斯河流域[5，6]；（b）天山博格达山[7]；（c）天山乌鲁木齐河源[8-10]；（d）天山木扎尔特河流域[11]；（e）天山台兰河流域[12]；（f）天山阿特奥依纳克河流域[13]；（g）天山托木尔河流域[14]；（h）东帕米尔公格尔山[15]；（i）祁连山摆浪河流域 [16；17]；（j） 祁连山冷龙岭[18，19]；（k）昆仑山垭口[33]；（l）唐古拉山普若岗日冰原[37]；（m）阿伊拉日居山及札达盆地 [35，36]；（n） 念青唐古拉山西段[34]；（o）念青唐古拉山东段波密[38]；（p）横断山脉雀儿山[20]；（q）横断山脉甘孜绒坝岔[23]；（r）横断山脉稻城海子山[21]；（s）横断山脉白马雪山[28]；（t）横断山脉玉龙雪山 [30，31]； （u） 横断山脉点苍山[25，26]；（v）横断山脉拱王山[32]；（w）横断山脉螺髻山[29]；（x）横断山脉贡嘎山[24]；（y）横断山脉折多山[22]
图2 ESR年代分布与MIS对比图
青藏高原内部，ESR测年研究主要集中在最老和最大冰期的时限问题，昆仑山垭口为昆仑冰期的命名地点，ESR年代为710±228ka[33]，念青唐古拉山西段最老冰碛物的ESR年代为678±307ka[34]，此外阿伊拉日居山及札达盆地 [35，36]也有ESR年代显示700±70ka发育过冰川，共同指示MIS16阶段青藏高原主体已隆升至雪线以上。
以ESR测年为约束的中国冰期序列总体概括：青藏高原主体及周边的横断山脉在MIS16阶段已隆升至雪线以上，发育昆仑冰期；MIS12阶段，除青藏高原主体外，北边祁连山脉和天山山脉开始进入冰冻圈，普遍发育了中梁赣冰期；MIS6-8阶段，冰冻圈的影响范围继续扩大，最西部的东帕米尔高原的公格尔山和最北部的阿尔泰山都保存确切的MIS6的ESR年代学证据，与全球末次冰盛期最大冰量不同，青藏高原及周边山地末次冰期中期MIS3b阶段的冰川规模普遍大于末次冰盛期LGM阶段的冰川规模。
3 ESR测年存在问题及研究展望
ESR测年用于冰川学为国内学者首创，丰富了第四纪冰川年代学的研究内容，其ESR测年数据作为支持冰期旋回与构造耦合机制的较老冰期的代表性证据，具有重大意义[10，30，31，33]。随着 ESR 年代数据不断增多，伴随而来的问题也日益突出，如ESR的信号归零机制有待深究、残留剂量不易确定、不同测年信号对于冰川沉积物的适用性等问题、以及多种测年方法结果出现了偏差较大甚至相互矛盾的结论。这些问题使国内外的一些学者对ESR应用于冰川沉积物测年的可靠性提出了质疑。所以当务之急，应该进一步加强ESR测年机理的研究，使这种方法成为冰碛物交叉测年中独立可信的测年方法之一，令人欣慰的是，相关的ESR机理研究已陆续开展，并取得初步成效[39，40]，希望更多的学者予以关注，激发ESR测年在冰川年代学应用的潜力。
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