Deposit Response to Important Tectonic Events of Cenozoic Plateau Uplift, East Segment of Eastern Kunlun Mountains
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摘要: 对青海都兰县巴隆乡阿拉克湖东岸风成沙剖面的孢粉分析结果表明, 该地区气候近2ka来经历了4个温暖期与寒冷期交替阶段: 温暖期出现在20~180, 330~410, 700~920, 1140~1380a;寒冷期出现在180~330, 410~700, 920~1140, 1380~1920a.温暖期气候为温干偏湿, 寒冷期气候为温凉干旱.其中700~920a出现丰富的常见于亚热带和温带地区的漆树、乔木植物发育的孢粉组合, 是近2ka中该地区气候最为温暖和潮湿的时期, 提供了西部也存在与东部唐代温暖期对应的证据.1500a以后沉积的风成沙中已找不到足够能分析环境的孢粉数量, 说明进入"小冰期"后无论是乔木植物还是草本植物的数量都迅速减少, 到现代该地区乔木植物已基本绝灭.考虑到该地区人口密度很低, 人类活动不应成为造成该地区乔木植物绝灭的根本原因, 笔者认为主要原因应归为长达300多年的"小冰期"寒冷和干旱气候的自然因素.Abstract: Sporopollen analysis to aeolian sand section at the east bank of the Alakehu, eastern Kunlun, shows a climate variance process in recent 2 000 a which happened 4 periods of warm and cold alternation. The warm periods occurred during 20-180, 330-410, 700-920 and 1 140-1 380 a respectively, and the cold periods during 180-330, 410-700, 920-1 140 and 1 380-1 920 a. The climates were warm-dry-slightly damp during warm periods and warm-slightly cold and dry during cold period. 700-920 a is the warmest and dampest period in recent 2 000 a, which is implied by the rich of rhus, that mainly distribute in semitropical zone and temperate zone and also rich of arbor sporopollen, and is accorded to the warm period of eastern China in Tang Dynasty which is recorded by the history documents. After 1 500 a, lacking of sporopollen shows that either arbor or herbage decreased sharply when the Little Ice Age came and became almost extinct nowadays. The authors suggest that cooling and drying in (about) 300 a the Little Ice Age is the main reason to the extinction of the arbor, not the people activity.
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Key words:
- climate variance /
- sporopollen analysis /
- eastern Kunlun Mountains /
- Alakehu
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研究近2 ka来气候变化是国际全球变化研究中的重要研究领域之一[1].许多研究者利用历史文献记载及其相关代用资料记载对我国东部不同时期的冷暖变化进行了研究[2~7].但中国西部因历史记载稀少而难以据此建立可靠的气候变化序列.许多研究者利用冰心δ(18O)、树木年轮以及沉积物有机碳分析等研究西部的气候变迁, 取得了许多成果[8~12].本文试图利用沉积相对连续的风成沙为载体, 使用孢粉作为环境代用指标对中国西部东昆仑地区近2 ka年来的气候变化序列进行精细研究.
1. 剖面位置及风成沙年龄
研究区位于东昆仑山东段的主脊山脉布尔汗布达山和分支山脉布青山之间, 由昆南断裂的走滑拉分作用形成的断陷盆地中发育多种成因的第四纪地层(图 1).剖面位于青海省都兰县巴隆乡阿拉克湖东岸, 经度97°11.71′E, 纬度35°34.19′N, 海拔4 135 m.剖面厚度270 cm, 从上到下分为8层(图 2).其中第1~6层为风成沙(0~242 cm), 第7~8层为河流洪冲积砂砾石层.对第2, 4, 6层采集了红外释光样品进行年龄控制.红外释光测年结果(表 1) : 53 cm处OSL年龄为(0.6±0.1) ka, 130 cm处OSL年龄为(1.1±0.1) ka, 238 cm处OSL年龄为(1.9±0.3) ka.假设一定时间内风成沙沉积速率为常数(0~53 cm之间平均沉积速率约为8.83 cm/100 a, 53~130 cm之间平均沉积速率约为15.4 cm/100 a, 130~238 cm之间平均沉积速率约为13.5 cm/100 a), 可以把不同深度的样品换算为时间尺度, 同时得到不同深度的计算年龄.
图 1 青海省都兰县阿拉克湖地区第四纪地质略图1.Qhpal洪冲积: 砂砾石; 2.Qheol风积: 灰黄色细、粉砂; 3.Qhfl湖沼沉积: 灰色粉砂、粘土; 4.Qp3pal洪冲积: 杂色砂砾石; 5.Qp2pal洪冲积: 杂色砂砾石; 6.Qp1al冲积: 黄灰色砂砾石层; 7.Qp11-1d湖至湖三角洲沉积: 粘土、粉砂夹砂砾石; 8.基岩; 9.活动断层; 10.剖面位置Fig. 1. Quaternary geological sketch map in the Alakehu area, Dulan County, Qinghai Province
图 2 青海省都兰县巴隆乡阿拉克湖风成沙剖面孢粉含量Fig. 2. Sporopollen contents of the aeolian sand section at the Alakehu, Dulan County, Qinghai Province表 1 青海省都兰县阿拉克湖地区风成沙红外释光测年结果Table Supplementary Table Optical stimulated luminescence ages of the aeolian sand at the Alakehu, Dulan County, Qinghai Province
2. 孢粉组合
对该黄土剖面采集孢粉样品25块, 样品长1~2 cm, 间隔10 cm.经盐酸、氢氟酸、碱分析处理后, 在其中20块样品中见丰富孢粉化石.其孢粉组合总体特征为灌木及草本植物超过乔木植物.共统计孢子花粉2 657粒, 它们分属于51属(科).其中裸子植物花粉有7属; 陆生草本植物花粉11属(科); 水生草本植物花粉3属(科); 蕨类植物孢子8属(科); 藻类植物孢子2属(科).根据该剖面孢子花粉种类和含量变化特征, 自下而上划分为8个带(图 2), 各带的特征分述如下: (1) 第1孢粉带(242~220 cm) : Salix—Quercus—Chenopodiaceae—Artemisia孢粉组合带.本带孢粉组合中乔木植物花粉占孢粉组合的43.2%, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的52.7%, 蕨类植物孢子含量极少, 占组合的4.1%.乔木植物中阔叶植物占41.2%, 针叶植物占2%, 阔叶植物花粉以柳为主, 含量为17.6%, 为整个剖面中最高, 栎属次之, 占组合的14.2%;榆、冬青经常见及, 灌木中耐干旱的麻黄仅占4.1%, 草本植物花粉中藜、蒿含量较高, 分别为20.3%、14.9%;菊科(6.1%)、十字花科(4.1%) 经常见及. (2) 第2孢粉带(220~200 cm) : Ephedra—Chenopodiaceae—Quercus孢粉组合带.本带孢粉组合中乔木植物花粉占孢粉组合的31.7%~32.4%, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的56.3%~59.6%, 蕨类植物孢子占组合的5.7%~8.7%.乔木植物中阔叶植物占30.3%~30.7%, 针叶植物仅占1.4%~1.7%, 阔叶植物花粉以栎为主, 含量为11.0%~13.1%, 榆次之, 占组合的5.1%~7.3%, 柳、冬青经常见及; 灌木中耐干旱的麻黄占12.8%~19.9%, 草本植物花粉中藜、蒿含量较高, 分别为17.0%~19.9%、4.5%~17.4%;菊科(3.7%~5.1%)、十字花科(1.7%~7.3%) 经常见及. (3) 第3孢粉带(200~189 cm) : Quercus—Chenopodiaceae—Ephedra孢粉组合带.本带孢粉组合中乔木植物花粉占孢粉组合的42.7%, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的52.7%, 蕨类植物孢子占组合的4.5%.乔木植物中阔叶植物占37.2%, 针叶植物占5.5%, 阔叶植物花粉以栎为主, 含量为15.5%, 榆、银杏、槭树、柳、悬铃木、漆树次之, 含量在2.3%~3.6%之间, 针叶植物有松、罗汉松、雪松、铁杉等; 灌木中耐干旱的麻黄占13.6%, 草本植物花粉中藜、蒿含量较高, 分别为18.2%、13.2%. (4) 第4孢粉带(189~150 cm) : Artemisia—Chenopodiaceae—Ephedra—Quercus孢粉组合带.本组合带的显著特征是喜干旱的蒿属花粉含量在整个剖面中最高, 灌木及草本植物花粉含量远超过乔木植物花粉, 乔木植物花粉占孢粉组合的27.1%~33.9%, 为本剖面中最低, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的55.7%~67.7%, 蕨类植物孢子占组合的5.2%~10.4%.乔木植物中阔叶植物占21.3%~33.0%, 针叶植物占0.9%~5.8%, 阔叶植物中栎的含量较高, 为9.7%~17.4%, 榆、柳等经常见及; 针叶植物中见有松、云杉、铁杉、罗汉松等, 灌木中耐干旱的麻黄占7%~16.1%, 草本植物花粉中以藜、蒿花粉为主, 含量分别为10.8%~29.7%、12.3%~31.1%;其次是菊科(5.2%~7.8%). (5) 第5孢粉带(150~119 cm) : Quercus—Rhus—Chenpodiaceae孢粉组合带.本带显著特征是分布于亚热带和温带地区的漆树含量剧增, 达到整个剖面的最高峰, 含量为15.5%~20.8%.乔木植物花粉占孢粉组合的44%~55%, 为本剖面中最高, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的35.8%~45.5%, 蕨类植物孢子占组合的9.2%~10.5%.乔木植物中阔叶植物占42%~53.3%, 针叶植物占1.7%~2.0%, 阔叶植物中栎(14.0%~22.1%) 和漆树(15.5%~20.8%) 含量较高, 其他的如榆、柳、冬青、悬铃木等也常见; 针叶树中仅见有松一属; 灌木中耐干旱的麻黄占10.5%~11.7%, 白刺少量, 草本植物花粉中仍以藜科花粉为主, 占组合的15.4%~16.5%. (6) 第6孢粉带(119~86 cm) : Chenopodiaceae—Quercus—Artemisia孢粉组合带.本带显著特征是上一组合中占优势的漆树含量剧减, 代之的是草本植物藜和蒿.乔木植物花粉占孢粉组合的34.2%~35.7%, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的57.5%~59.1%, 蕨类植物孢子占组合的5.2%~8.3%.乔木植物中阔叶植物占26.7%~32.4%, 针叶植物占3.3%~7.5%, 阔叶植物中仍以栎为主, 含量19.5%~19.6%, 其他还见有榆、槭树、漆树等, 针叶植物较前一组合含量有所增加, 但不为优势种群, 见有松、雪松; 灌木中耐干旱的麻黄占4.8%~5.0%, 白刺少量, 草本植物花粉中仍以藜含量较高, 为24.2%~25.2%, 其次是蒿, 为13.8%. (7) 第7孢粉带(86~50 cm) : Quercus—Rhus—Ephedra—Cyperaceae孢粉组合带.本带下部孢粉化石较少, 从出现的属种看, 阔叶树种较多; 上部孢粉化石较多.乔木植物花粉占孢粉组合的48.3%, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的42.5%, 蕨类植物孢子占组合的9.2%.乔木植物中阔叶植物占46.6%, 针叶植物占1.7%, 阔叶植物中以栎为主, 含量达26.7%, 漆树占10%, 榆占6.7%, 其他还见有胡桃、柳等, 针叶植物较前一组合含量明显降低, 仅见松属; 灌木中耐干旱的麻黄占10%, 草本植物花粉也较前一组合明显降低, 主要有藜(6.7%)、菊(6.7%), 其他的如蒿、禾本科、毛茛等常见, 水生草本植物莎草科含量高达9.2%;蕨类植物孢子中水龙骨科占6.7%, 另见有紫萁(2.5%). (8) 第8孢粉带(50~0 cm) : Chenopodiaceae—Quercus—Ephedra—Artemisia孢粉组合带.仅在45 cm处1个样品中获得孢粉化石, 乔木植物花粉占孢粉组合的40.3%, 灌木及草本植物花粉占孢粉组合的52.4%, 蕨类植物孢子占组合的7.3%.乔木植物中阔叶植物占33.1%, 针叶植物占7.3%, 阔叶植物中以栎为主, 含量18.5%, 悬铃木占5.6%, 其他还见有胡桃、榆、槭、柳等, 针叶植物较前一组合含量明显增加, 见有松(4%)、罗汉松等; 灌木中耐干旱的麻黄占6.5%, 草本植物花粉主要有藜(12.9%)、蒿(18.5%), 其他如菊科、禾本科、毛茛等常见; 蕨类植物孢子中水龙骨科占5.6%.深度45 cm以上样品中孢粉化石太少, 找不到足够能分析环境的孢粉.
3. 古植被、古气候分析
从上述孢粉组合特征的分析可以看出, 该剖面植物群大体属2种植被类型: 以乔木植物为主的林下草原型和以灌木及草本植物为主的蔬林草原型.其特点如下:
以乔木植物为主的林下草原型: 以带1、带3、带5、带7为代表.植被中乔木植物比较发育, 含量占组合的42.7%以上.乔木植物的主要成分是阔叶树种中的栎、榆、漆属等, 参与少量的针叶树种, 如松、雪松、铁杉、罗汉松等; 这些乔木植物主要生长在周围山地, 而盆地中为耐干旱的灌木及草本植物.灌木麻黄总体含量较低, 仅个别带中出现较多; 草本植物以藜、蒿为主, 但与以灌木及草本植物为主的蔬林草原型相比, 藜和蒿的含量明显要低.蕨类植物中有水龙骨科、里白、紫萁、凤尾蕨的成分参加; 见有少量水生草本植物及藻类植物.该植物群反映当时气候温干偏湿.
以灌木及草本植物为主的蔬林草原型: 以带2、带4、带6、带8为代表.植被以灌木及草本植物占优势(52.4%~67.7%).植被主要成分是草本植物的藜、蒿和菊科, 麻黄、白刺等灌木也是该植被类型中的主要成分.木本植物以栎属为主, 参与一定量的针叶树种, 如松、云杉、雪松、铁杉、罗汉松等.很少见到水生草本植物和浮游藻类植物.该植物群反映了当时的气候温凉干旱.
由此可见, 该剖面在整个沉积时期经历了8个阶段的植被和古气候的演变, 即以乔木植物为主的林下草原型和以灌木及草本植物为主的蔬林草原型的4次周期性演替, 与此相对应的气候变迁为温干偏湿~温凉干旱的4次周期性变化.
4. 结论
阿拉克湖风成沙剖面的孢粉分析精细地反映了该地区近2 ka来的气候变迁记录.植被类型的4次周期性演替, 反映了该地区气候经历了4次温暖期与寒冷期交替阶段.温暖期气候为温干偏湿, 寒冷期气候为温凉干旱.根据红外释光年龄计算结果, 温暖期出现在20~180, 330~410, 700~920, 1 140~1 380 a; 寒冷期出现在180~330, 410~700, 920~1 140, 1 380~1 920 a.据文献资料, 1 920 a以来已进入温暖期[13].
隋唐温暖期、中世纪暖期、“小冰期”和20世纪气候变暖是近2 ka来中国东部气候变化中比较突出的气候事件[2~9].本文第5孢粉带(700~920 a的温暖期) 出现丰富的常见于亚热带和温带地区的漆树(含量15.5%~20.8%)、乔木植物含量达44%~55%的孢粉组合, 显示当时阔叶林非常茂盛的森林草原植被景观, 与现代该剖面点周围无乔木植物的草原植被形成了鲜明的对比, 是近2 ka中该地区气候最为温暖和潮湿时期, 这一研究成果提供了西部也存在与东部唐代温暖期对应的证据, 只是时限相对较短.前人对中世纪暖期(900~1300 a) 在中国的表现有不同的认识(图 3), 竺可桢[3]认为1 000~1 200 a为寒冷期, 因而中世纪暖期在中国东部表现不明显; 葛全胜等[6]则认为中国东部存在与欧洲中世纪暖期对应的暖期(930~1 320 a); 王绍武等[9]认为中国西部10~13世纪无明显暖期.本文第6孢粉带(920~1 140 a的寒冷期) 也提供了中国西部10~12世纪中叶无温暖期表现的证据.
图 3 中国近2 ka来的气候暖冷期划分对比Fig. 3. Division and correlation of warm periods and cold periods in recent 2 000 a in different areas of China1 380 a以后伴随着乔木植物的减少, 孢粉总量也急剧降低, 特别是1 500 a以后沉积的风成沙中已找不到足够能分析环境的孢粉数量, 说明进入到“小冰期” (1 550~1 850 a) [9]后无论是乔木植物还是草本植物的数量都迅速减少.到现代, 布尔汗布达山主脊以南至布青山一带乔木植物已基本绝灭, 仅在哈拉郭勒(本剖面西约70 km, 海拔4 300 m) 偶见直径可达20~30 cm的枯树林.考虑到该地区人口密度很低, 1953年第一次人口普查时其人口密度不到0.1人/ km2, 人类活动不应成为造成该地区乔木植物绝灭的根本原因, 因此笔者认为主要原因应归为长达300多年的“小冰期”寒冷和干旱气候的自然因素.
研究区现处于干旱寒冷冻土荒漠草原、草甸区, 剖面上孢粉组合所反映的植被类型与研究区现代植被类型相比存在着明显差异, 特别是出现常见于亚热带与暖温带的漆树、栗、栲、楝等分子, 说明研究区植被演替非常迅速, 历史上气候偏温暖潮湿.笔者认为此现象可能与该地区的地理位置有关.研究区位于东昆仑东部, 南东与半干旱温带草原、森林草原区相邻, 北东与半干旱温带草原、草甸区相邻, 北西为柴达木盆地干旱温带荒漠草原[14].每一次气候波动都会引起研究区生态环境的迅速变化.当气候转暖或潮湿时, 温带蔬林草原或森林草原型植被会很快延伸到研究区.东邻150 km的托索湖第四纪晚期孢粉组合也提供了类似差异现象[15].
致谢: 参加野外工作的还有朱云海、林启祥、贾春兴、安守文、王青海、邓中林、朱耀生等.在此一并致以衷心的感谢. -
图 1 青海省都兰县阿拉克湖地区第四纪地质略图
1.Qhpal洪冲积: 砂砾石; 2.Qheol风积: 灰黄色细、粉砂; 3.Qhfl湖沼沉积: 灰色粉砂、粘土; 4.Qp3pal洪冲积: 杂色砂砾石; 5.Qp2pal洪冲积: 杂色砂砾石; 6.Qp1al冲积: 黄灰色砂砾石层; 7.Qp11-1d湖至湖三角洲沉积: 粘土、粉砂夹砂砾石; 8.基岩; 9.活动断层; 10.剖面位置
Fig. 1. Quaternary geological sketch map in the Alakehu area, Dulan County, Qinghai Province
图 2 青海省都兰县巴隆乡阿拉克湖风成沙剖面孢粉含量
Fig. 2. Sporopollen contents of the aeolian sand section at the Alakehu, Dulan County, Qinghai Province
图 3 中国近2 ka来的气候暖冷期划分对比
Fig. 3. Division and correlation of warm periods and cold periods in recent 2 000 a in different areas of China
表 1 青海省都兰县阿拉克湖地区风成沙红外释光测年结果
Table 1. Optical stimulated luminescence ages of the aeolian sand at the Alakehu, Dulan County, Qinghai Province
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