青藏高原与全球环境变化研究进展_郑度

青藏高原与全球环境变化研究进展

郑

度,林振耀,张雪芹

(中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)

摘　要:文章从4个方面简要介绍了青藏高原与全球环境变化的最新研究进展:(1)新生代青藏高原的隆升过程与东亚环境演化;(2)末次间冰期以来的气候环境记录及重大气候突变事件;(3)青藏高原2ka 以来温度、降水变化特征;(4)青藏高原近代气候变化及其环境响应。主要结论有:第三纪青藏地区曾两次隆升与夷平;7Ma BP 开始高原再次抬升,3.6Ma BP 以来经历了强烈隆起。高原季风的形成演化与高原隆升过程紧密相联,2.5Ma BP 高原季风由浅薄系统变为深厚系统,现代季风格局形成。在约1.1～0.8Ma BP 间青藏高原进入冰冻圈,西北地区干旱化、主要沙漠扩展、周边地区新的黄土体系形成均与此有关。高原气候在冰期/间冰期循环时间尺度上具有升温缓慢、降温迅速的特征。达索普冰芯记录中的CH 4浓度高出极区15%～20%,并具有很大的波动性。青藏高原最新的一次大湖期时代在40～25ka ,代表着一次特强的夏季风暖湿事件。古里雅冰芯研究发现气候突变事件频繁。高海拔地区比低海拔地区对全球气候变化反应更敏感。根据冰芯、湖芯、树轮和历史文献恢复揭示了2ka 以来高原温度降水变化特征。百年来青藏高原气候经历了3次突变,20世纪50年代以来的变暖趋势超过北半球及同纬度地区。高原冰冻圈(包括冰川、积雪和冻土)对近代气候变化的响应明显,与全球环境变化关系密切。

关键词:青藏高原;隆升;环境演化;气候突变事件;冰冻圈;全球环境变化

中图分类号:P54;X14;X16　文献标识码:A 文章编号:10052321(2002)01009508

收稿日期:20010923;修订日期:20011126

基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(G1998040800)作者简介:郑度(1936—　),男,研究员,中国科学院院士,自然地理学专业,长期从事青藏高原自然地理综合研究,为国家重点基础研究发展规划项目(G1998040800)首席科学家。

晚新生代以来青藏高原的隆起及其对自然环境

的影响、高原与全球环境变化的关系是我国有特色的优势研究领域[1]

。现就青藏高原与全球环境变化的若干研究进展作一简要综述。

1　新生代青藏高原的隆升过程与东亚

环境演化

研究表明,青藏地区在第三纪经过两次隆升与

夷平的旋回,导致第三纪中期我国环境变化剧烈。

3.6MaBP 以来高原整体阶段性快速隆升,对高原本

身及东亚自然环境产生了深刻的影响。

1.1高原隆升过程的争论

20世纪70年代末李吉均等[2]认为,青藏地区在上新世中晚期,地面的平均海拔在1000m 以下,

自上新世晚期和第四纪早期才开始强烈隆升。90年代以来,国外学者对这一观点相继提出了挑战,对隆升开始加速的时间存在重大分歧[3]。有学者主张青藏地区在14Ma BP 时已达到最大高度并发生东西向拉伸塌陷,其后平均海拔开始降低[4]。更多的学者则认为青藏地区在8Ma BP 以前已达到现今高度,其根据是:当时阿拉伯海上涌流增强,表明印度洋季风出现或增强[5];波特瓦尔高原气候变干,植被

由森林变为草原[6];拉萨西北羊八井地堑断裂活动

发生在8Ma 前后[7]。

我国学者对岩石圈地球物理和大地构造、岩体

抬升年龄、侵入体剥离速度等的研究结果[8,9]与从新生代地层、湖芯所获得的信息作了比较。新近的研究揭示,自印度与欧亚板块碰撞以来,青藏高原的隆升是多阶段、非均匀、不等速过程。夷平面研究表明,青藏地区在新生代大致经历了三期地面抬升(分别在45～38Ma BP ,25～17Ma BP 和3.6Ma BP 至今)和两度夷平。前两期地面抬升造成的高原平均高度可能均不超过海拔2000m ;到3.6Ma 前高原

第9卷第1期2002年3月

地学前缘(中国地质大学,北京)

Earth Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing )Vol .9No .1

M ar .2002

上形成了一个面积广阔的夷平面,其高度估计低于海拔1000m。最强烈的隆升运动发生在第三纪末和第四纪早期,高原主体正是经历了由此开始的新构造运动才形成目前面貌的[10]。

最近研究初步确认青藏高原存在两级夷平面,主夷平面抬升开始于大约7Ma前,解体主要在3.6Ma前;抬升开始前青藏北部主夷平面的高度当在1000m以下;青藏南部岩溶夷平面形成时的高度大致在海拔200m左右[11]。祁连山北麓晚新生代沉积和河流阶地、横断山的层状地貌和西昆仑山火山岩研究揭示高原北部从约7Ma BP开始隆升,但急剧大规模的隆升仍发生在约3.6Ma BP。该研究再次确认了原来提出的青藏高原第四纪多次强烈上升事件的年代,并进一步发现3.6,1.8,1.1,0.8, 0.14Ma BP的构造事件对高原形成有重要意义,它们不仅导致高原高度增加,而且造成祁连山向北扩展[12]。

1.2高原隆升与东亚环境演化

高原季风的形成演化与高原隆升过程紧密相联。老第三纪青藏地区主要为行星风系导致的纬向分异所主导。约在37MaBP前后,随着高原隆升的水平尺度达到斜压大气地转适应的临界尺度,高原季风开始形成。3.6MaBP以来,青藏地区开始以整体强烈隆升、主夷平面瓦解、大型断陷盆地形成为代表的“青藏运动”。2.5Ma B P,隆升达到影响大气的“动力临界高度”(海拔约2000m),以爬越高原为主的行星风系变为以绕流为主,高原季风由浅薄系统变为深厚系统,现代季风格局形成[13]。GC M数值试验表明,东亚季风气候变化对高原隆升的响应非常敏感,在高原隆升达到现代高度的一半之前,东亚大约30°N以北地区不存在近地面风冬、夏反向意义下的季风现象。高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对东亚夏季风的影响。即使没有青藏高原,仅受海陆热力对比的作用,中国东部地区夏季已能出现偏南风;然而只有在青藏高原存在,且达到一定高度的情况下,东亚北方地区冬季才能盛行偏北风[14]。

对酒泉盆地老君庙剖面和高原及其邻区黄土、古土壤、红粘土中环境指标的研究发现,高原的干旱化是从距今7Ma或至晚在距今6Ma时开始。

3.6MaBP时高原的强烈隆升,导致现代形式的季风出现,标志着高原环境的重大转折。约1.10～0.8MaBP间,青藏高原进入冰冻圈并荒漠化成为新的粉尘源地。该环境事件波及整个中国及周边地区,西北地区干旱化及主要沙漠的扩张、青藏高原及周边地区新的黄土体系的形成都出现于这次事件之后[15]。昆仑山黄土古地磁和古气候记录研究表明,昆仑山黄土形成于0.88Ma BP,塔里木盆地现代形式环流格局、极端干旱气候和塔克拉玛干沙漠雏形大致同时出现,其根本原因是青藏高原及中亚山地高原的隆起[16]。

0.8～0.5Ma BP,高原面上升至海拔3000～3500m左右,山地更达4000m以上。这次抬升造成的降温与被称为“中更新世剧变”的全球性轨道转型所导致的降温相耦合,高原高山区域进入冰冻圈。高原积雪形成强大的冷源,出现了最大规模的冰川作用,冰川面积超过50×104km2。高原气候发生突变,以高原冬季风大加强、夏季风大减弱为主要标志。在距今150ka的前期,高原存在一次剧烈但不均匀的构造上升运动,高原边缘山地成为暖湿气流内侵的阻障。150ka以来,随着间冰期的来临,冰雪消融、地表反射率减小,高原对大气而言成为热源,从而具有现代高原气候的某些特点[10,17]。

2　末次间冰期以来的气候环境记录及重大气候突变事件

古里雅高分辨率冰芯记录研究表明,高原末次间冰期以来的气候变化可划分为5个明显的阶段:末次间冰期(125～75kaBP)、末次冰期早冰阶(75～58ka BP)、中间冰阶/间冰段(58～32kaB P)和晚冰阶(32～10ka BP)以及全新世(10ka BP～至今),分别与深海氧同位素阶段(MIS)5～1阶段对应[18]。高原气候在冰期/间冰期循环时间尺度上具有升温缓慢、降温迅速的特征。末次间冰期最暖期相当于MIS5e阶段,气温变暖幅度大于全球平均值(5e阶段古里雅冰芯中δ18O所记录的平均升温幅度达5℃,高于全球平均升温值2～3℃),比末次冰期早冰阶的最低点高出12℃。末次冰期高原变冷的幅度也很大,末次冰盛期(23ka BP)时古里雅冰芯温度低于现代9℃。高原气候在MIS第3阶段时异常温暖[19]。若尔盖湖芯记录所揭示的200ka BP以来的温度变化亦呈大致相近的趋势:在MIS7阶段比现代气温高2.7℃,在6阶段低于现代气温4.3℃,在5阶段比现代气温高5.2℃,而在4阶段则低2～3℃[20]。

冰芯研究发现,青藏高原南北地区的降水中均

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郑　度,林振耀,张雪芹/地学前缘(Earth Science Frontiers)2002,9(1)