地质地球所揭示库布齐沙漠景观的成因及形成时代,研究揭示风沙沉积年龄记载的沙漠地区环境变化

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地质地球所揭示库布齐沙漠景观的成因及形成时代,研究揭示风沙沉积年龄记载的沙漠地区环境变化

在我国,干旱、半干旱地区占据国土面积的40%,这些地区古环境记录相对贫乏,重建其环境变化历史对未来生态建设与荒漠化防治具有重要意义,也是第四纪研究的难点之一。沙漠和沙地是记录干旱、半干旱地区环境变化的主要载体。近十几年来,随着释光年代学的发展,来自沙漠/沙地的古环境记录逐渐增多,但由于沙漠沉积地层复杂,使得不同研究得到的结果有一定出入。

研究揭示风沙沉积年龄记载的沙漠地区环境变化

我国沙漠、戈壁及荒漠化土地总面积约为170万平方公里,约占国土面积的1/5,沙漠化是我国北方干旱、半干旱地区面临的严重环境问题。我国沙漠主要分布在年平均降水量小于200mm的干旱地区,沙地分布在年平均降水量为200~450mm的半干旱地区。库布齐沙漠是少有的位于半干旱地区且被流动沙丘覆盖的沙漠,它的成因和形成时代是非常值得研究的科学问题。

在该背景下,中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室沙漠学科组博士后李鸿威在合作导师杨小平的指导下,对我国现有沙漠/沙地的年龄数据进行了系统整理和分析,并对其古环境指示意义进行了探讨。

中科院地质与地球物理所博士后李鸿威在合作导师、研究员杨小平的指导下,对我国现有沙漠/沙地的年龄数据进行了系统整理和分析,并对其古环境指示意义进行了探讨。相关成果近日发表于《第四纪国际》。

近年来,中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室研究员杨小平课题小组对库布齐沙漠进行了全面考察,在沙漠东西向大断面上选择了四个上覆于基岩和河流阶地的风沙-古土壤沉积剖面开展研究。他们通过对沉积物的光释光年代和一系列古环境特征代用指标的测定,结合地质地貌、风况数据以及历史文献的分析,对库布齐沙漠景观的成因和形成时代取得了新认识。和前人观点不同,他们认为库布齐现代沙漠景观形成时期较晚,提出多数流动沙丘应是地质历史时代划分中最晚的一个时段即全新世时期
(距今11500年以来)
形成的。他们在古河道-湖泊边缘获得了末次盛冰期(距今约18000年前)代表风沙活动的地质记录,但这些个别风沙沉积记录可能与局地河岸湖滨风沙运动有关,有别于代表大规模沙漠景观相关的风沙活动地质记录。沙漠沙丘的形成是多种要素综合的结果,特别是可利用沙源、地表裸露状况和风力搬运能力的相互影响、相互作用等因素。

研究认为,我国东部沙地的年龄记录相对较多,但时间尺度较短,多集中在全新世;西部沙漠仅有零星的记录,但部分记录时间尺度较长。在轨道尺度上,间冰期的记录相对较多,冰期的记录则较为稀少。近20000年来,代表不同沉积状态的年龄数量比例与气候背景具有较好的相关性。例如,在气候适宜的全新世早中期,指示沙丘稳定状态的年龄数量比例显著增加,反映了沙漠/沙地沉积在重建干旱区环境变化方面的价值和潜力。然而在百年尺度上,近2000年来沙漠的年龄记录与其它古气候记录出入较大,其原因可能是释光年龄相对误差增大及人类活动对沙漠环境的影响增强。此外,还应注意到,气候变化并非是决定沙漠环境的唯一因素,地貌过程亦会影响沙丘形成发育。因此,他们认为正确解读我国沙漠年龄的古环境意义还需加强地表过程方面的研究。

我国干旱、半干旱地区占据国土面积的40%,这些地区古环境记录相对贫乏,重建其环境变化历史对未来生态建设与荒漠化防治具有重要意义,也是第四纪研究的难点之一。

此外,他们通过对历史文献的考证和现代实地状况对比,获得了对库布齐沙漠近3000年以来环境演变与人类活动相互作用关系的初步认识。他们认为该沙漠景观除了受自然因素影响,还与该地区人类活动历史密切相关,分布于沙漠腹地的汉唐时期的多个古城是该区环境变化的佐证。该区丰富的沙源、强劲的风力及人类活动共同促成了该沙漠景观的形成。

以上研究成果近期发表在《国际第四纪》(Liet al.Spatial and temporal
patterns of aeolian activities in the desert belt of northern China
revealed by dune chronologies, Quaternary International,
2016, 410:
58-68)期刊上。

此项研究认为,我国东部沙地的年龄记录相对较多,但时间尺度较短,多集中在全新世(11700年前至今);西部沙漠仅有零星的记录,但部分记录时间尺度较长。在轨道尺度上,间冰期的记录相对较多,冰期的记录则较为稀少。近两万年来,代表不同沉积状态的年龄数量比例与气候背景具有较好的相关性。然而,在百年尺度上,近2000年来沙漠的年龄记录与其它古气候记录出入较大,其原因可能是释光年龄相对误差增大及人类活动对沙漠环境的影响增强。研究人员表示,此外还应注意到气候变化并非是决定沙漠环境的唯一因素,地貌过程亦会影响沙丘形成发育。

该研究成果近期发表在国际地学期刊《地形学》(Geomorphology)上(Yang et
al. Initial insights into the age and origin of the Kubuqi sand sea of
northern China. Geomorphology
, 2016, 259: 30-39)。

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图1 轨道尺度与千年尺度上的沙丘年龄时间分布

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库布齐沙漠自然地理位置、周边气象站风况与输沙势以及剖面和表沙采样点分布

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过去2000年来中东部沙丘年龄记录与其它指标气候重建结果对比。红线为基于北京石花洞石笋重建的夏季温度变化曲线,绿线和蓝线分别为集成的我国北方半干旱与半湿润地区过去两千年来水分条件变化曲线。

图2 典型风沙-古土壤地层剖面光释光年龄及古环境代用指标变化特征

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