青藏高原東南部他念他翁山全新世早中期冰進事件研究

柴 樂， 張 威， 劉 亮， 馬瑞豐， 唐倩玉， 李亞鵬， 喬靜茹

（1.江西省地質調查研究院，江西南昌 330013； 2.東華理工大學地球科學學院，江西南昌 330013；3.遼寧師范大學地理科學學院，遼寧大連 116029）

0 引言

全新世是第四紀最后一次冰期結束至今的這一段時間，也是人類文明迅速發展的時期，該時期氣候并不穩定，存在一系列千年/百年尺度快速的冷暖波動，其變化具有顯著的周期性[1］。在全球變化背景下，全新世冷暖波動周期、暖期的溫暖程度、冷暖氣候事件等，均是全面理解目前日益突出的全球變暖，評估未來全球變化所必需的古氣候背景[2］。由氣候變化引起的冰川進退過程是全新世氣候演化特征的重要體現，冰川地貌遺跡所含古氣候信息在重建特定時段古氣候環境過程中具有其獨特優勢，如古冰川的規模、發生時限及多種冰川地貌類型等。

根據冰期年代資料、冰芯氣候記錄，中國全新世冰川活動主要有4個階段，分別為早期（8.5~8.0 ka）、中期（7.3~5.7 ka）、新冰期（3.0~1.5 ka）和小冰期（0.6~0.1 ka）[3］。青藏高原及其周邊山地大部分現代冰川末端附近幾千米范圍內發育有被認為是形成于全新世時期的冰磧壟，具有形態清晰、保存較為完整的特點，是探索全新世氣候演化規律的關鍵材料。近年來，不同測年技術獲得的年代結果顯示，青藏高原多個冰川作用區獲得了對應于全新世早期的年代學數據[4-5］，表明在該時期可能發生一次冰進事件。基于石筍[6］、植物孢粉[7-8］、深海沉積[9］等多種高分辨率環境指標的研究顯示，全新世早中期冰進事件具有持續時間短、影響范圍廣和氣候波動強等顯著特征，得到國際地學界的廣泛關注。

他念他翁山位于橫斷山脈西部，是青藏高原東南部和云貴高原的過渡地帶，第四紀以來依托區內大面積夷平面發育了多次冰川作用，冰川侵蝕和堆積地貌可以相互匹配，特別是冰川沉積地貌保存尤為清晰，現代冰川末端幾千米范圍內保存著多次冰川波動的痕跡，是討論青藏高原東南部全新世冰川演化規律的理想載體。本區維持冰川發育的降水補給主要由西南季風帶來，因而本區第四紀冰川進退對西南季風波動有較為直接的反映，正是這一地理位置的特殊性，使得他念他翁山第四紀冰川研究具有重要意義。基于上述背景，本文采用宇宙成因核素測年技術，確定該區青古隆冰川槽谷全新世期間的冰川波動事件，并探討其響應機制。

1 研究區與樣品

1.1 研究區概況

他念他翁山（30°40′~30°11′N，96°39′~97°16′E）位于橫斷山脈西部的怒江與瀾滄江之間（圖1），地勢總體特點是北高南低，西高東低[10］。氣候上屬于大陸性高寒氣候區，降水主要來自印度洋的西南季風，同時也受地勢、地貌條件的影響，故降水量南部多于北部、西部多于東部，年均降水量474.2 mm，年平均氣溫7.6 ℃·（10a）-1[11］。研究區現代冰川物理性質屬于海洋性向亞大陸性冰川過渡區，冰川形態類型以冰斗冰川和懸冰川為主，根據2017年發布的Randolph Glacier Inventory 6.0 數據記錄，研究區共有現代冰川88 條，總面積12.955 km2，冰川規模普遍較小，冰川總儲量約為1.350 km3，主要分布在玉曲西岸，冰川末端下伸到5 100~5 200 m[11］。

圖1 他念他翁山中段位置及青藏高原東部獲得全新世早中期年代結果的其他山地Fig. 1 Map showing location of the Taniantaweng Mountains and other mountains in the eastern Qinghai-Tibet Plateau which have yielded the early-mid Holocene ages

1.2 樣品采集

基于對他念他翁山中段第四紀冰川地貌野外調查，應用光釋光（optically stimulated lumines?cence，OSL）和電子自旋共振（electron spin reso?nance，ESR）測年技術，前人對該區域的第四紀冰川地貌分布、發育歷史、規模進行了研究[12-13］。結果顯示，該區域海拔4 200 m 以上保存著確切的第四紀冰川遺跡，第四紀以來共發生4次冰川作用，發生時限分別對應于深海氧同位素（marine isotope stage，簡稱MIS）MIS 6、MIS 3、MIS 2 和MIS 1。最大冰期之后，冰川規模逐漸縮小，冰川厚度逐漸減薄，多期冰川堆積地貌組合以內疊形式向槽谷源頭收縮。其中，MIS 6 階段的冰川規模最大，冰川厚度為40~235 m，長度介于25~35 km，普遍到達冰川谷谷口，覺曲、曲扎等冰川谷在該時期的冰川規模延伸至玉曲河谷，冰川末端海拔介于4 300~4 760 m 之間。MIS 3 階段冰川長度介于12~15 km，厚度為25~150 m。MIS 2 時期冰川長度整體介于7~8 km 之間，以形態完整的高大冰磧壟為典型地貌。

上述研究結果其目標旨在與青藏高原及鄰近山地進行對比研究，來揭示高原地區冰川發育的氣候與構造耦合模式，因而年代學結果主要集中在末次冰期及更老冰川作用的發生時限，而對于本區全新世冰川發生時限，則根據地貌地層法進行了籠統劃分，而缺乏詳細的地貌學和年代學證據。本區主山脊兩側自現代冰川末端向下游幾公里范圍內保存著多次冰川波動的地貌證據，冰磧壟形態清晰，保存完整，確定其發生時限，與青藏高原東部已有的年代學數據進一步對比分析全新世冰期旋回規律，進而檢測其中可能存在的對特定時段氣候變化的響應模式，將豐富和完善青藏高原東南部全新世冰川演化序列，為進一步探索青藏高原全新世期間冰川演化的時空分布規律研究提供可靠的數據支持。

基于上述背景，本研究重點考察了青古隆冰川槽谷古冰川作用遺跡（圖2），該冰川谷發育小規模懸冰川，保留三組冰磧物。與青古隆槽谷相鄰的冰川槽谷保留了相似的冰川地貌。其中，QM3冰磧物分布在海拔5 250~4 600 m 之間，自上游向下延伸約7 km，最明顯的為兩條平行對稱分布的側磧堤及下游的終磧壟[圖3（a）］。側磧堤呈壟崗狀，頂部坡度和緩，相對高度約20 m，表面散落大量花崗巖漂礫，OSL 和ESR 年代學結果顯示該套冰磧壟形成于LGM（Last Glacial Maximum）時期[13］。

圖2 青古隆槽谷冰川地貌分布Fig. 2 Glacier landforms of the Qinggulong Valley

冰斗內部海拔5 290~5 175 m 之間保存的終磧壟QM2[圖3（b）］，高出青古隆冰川槽谷谷底60~70 m，顏色為灰黃色，呈弧形分布[圖3（c）］，內緩外陡，向下延伸0.75~1.5 km 至冰斗口巖坎上部，冰磧壟頂部常分布體積較大、棱角明顯的二長花崗巖漂礫，漂礫表面新鮮，風化程度低，發育少量草本植被。在冰磧壟西側發育相對高度約2 m 的羊背石，巖性為花崗巖，頂部平緩，未見明顯擦痕，背冰面受冰川拔蝕作用的影響，呈現鋸齒狀斷口，坡度為29°~35°，迎冰坡平緩，坡度介于11°~15°，羊背石表面生長少量地衣。根據相對地貌判斷，該套冰磧物可能形成于全新世早期。本研究在此采集3個冰川漂礫樣品[圖3（d，e），QGLB-02~04］，樣品參數見表1。

表1 青古隆槽谷采樣點位置、宇宙核素10Be濃度及測年結果Table 1 Coordinates，10Be concentrations，and dating results for samples from Qinggulong Valley

冰斗源頭現代冰川末端5 360 m 向下延伸至5 270 m 左右發育一套終磧壟QM1（圖2）冰斗底部80 m 左右[圖3（b）］，終磧壟頂部保存大量碎石和粒徑較小的花崗巖漂礫，冰磧物風化程度極低，無植被發育。根據相對地貌判斷，該套冰磧壟可能形成于全新世晚期。

圖3 研究區野外地貌及采樣照片Fig. 3 Field topography and sampling photos in the study area：geomorphology of the Qinggulong Valley，and the blue line represents the moraine of the QM3 moraine（a）；cirque in the Qinggulong Valley，and the red line represents the QM2 moraine，while the black line represents the QM1 moraine（b）；the red line represents the QM2 moraine（c）；the sampling photos（d，e）

2 10Be表面暴露年代測定

樣品前處理制靶是在中國科學院青藏高原研究所環境變化與地表過程重點實驗室（拉薩部）進行，處理流程參照Nishiizumi 等[14］提出的方法。經過人工挑選與化學分離、純化，挑選出20~60 g 純凈石英，純石英加入約0.3 g 的9Be 載體，然后將石英用HF 和HNO3溶液溶解，經過去氟和陰陽樹酯交換分離、提純Be，然后在Be 溶液中加入氫氧化銨制備氫氧化物，之后，脫水提取BeO，將BeO 與Nb 粉混合得到AMS測量的制備靶樣，靶樣在中國科學院西安加速器質譜中心測試完成。

所有樣品的10Be 暴露年代計算均采用Heyman等[15］改進的CRONUS網絡計算器[16］。假設樣品在出露前未經過宇宙射線的照射且后期表面侵蝕率為0，石英密度為2.65 g·cm-3，10Be半衰期取1.387 Ma[17］，實驗中心采用ICN10Be 質譜加速器標準[18］，對應于CRONUS Calculator 網絡計算程序中的07KNSTD標準[16］，依據Li[19］提出的方法計算采樣處遮蔽角。由于采樣區氣候條件干燥，且植被稀疏，故而未對采樣點積雪/植被覆蓋進行修正。如前文所述，本文采用侵蝕速率為0 m·（Ma）-1來計算暴露年代，研究顯示，由表面侵蝕引起的暴露年代，其不確定性在不同年代范圍內具有明顯的差異性，假設表面平均侵蝕速率為2.5 m·（Ma）-1，對于小于1 ka 的暴露年代，其不確定性可能＜0.5%，而對于晚冰期和全球LGM 時期的年代，不確定性在2%~5%[20］。樣品參數和測試結果如表1所示。

暴露年代測年結果可能受測量誤差或地貌體后期擾動的影響[21］。對冰磧壟所有10Be年代繪制概率密度函數，以辨別樣品年代的集中與分散程度，進而移除極值。冰磧壟QM2 頂部3 個暴露年代的概率密度曲線見圖4。

圖4 青古隆槽谷QM2冰磧壟10Be暴露年代概率曲線Fig. 4 Probability density function（PDF）plots of10Be exposure ages for moraine QM2 of the Qinggulong Valley

一般而言，冰磧壟頂部漂礫的暴露年代應代表冰磧形成的最小時間年齡，但由于冰川地貌過程的復雜性，可能導致冰磧壟上漂礫的暴露年代遠大于或小于實際年齡。因此，研究者根據冰磧壟是否經歷了影響測年結果的地貌過程，而采用不同策略來解釋年代學數據。通常采用以下步驟來考慮地貌過程的影響，并將分散的年代學數據集聚到更集中的年代范圍內[22］。首先，野外根據地貌地層法建立冰磧物的相對年代，并將該相對年代與青藏高原東南部其他具有絕對年代學數據的冰磧物序列進行對比驗證，基于相對年代為絕對年代的確定初步劃定框架；第二，去除可能由地貌過程導致10Be暴露年代中的異常值，采用相對年代與累積概率密度函數（PDF）共同識別異常值。最后，采用卡方分析（χ2R）檢驗排除異常值后剩余年代間的離散度，以確定年代學樣品的離散度是否由測量誤差所產生。如果χR2接近于1或＜1則可能是測量誤差導致，反之χR2＞1，則很可能是由地貌過程引起。因此，逐步去除異常值，使某組暴露年代的χR2值更接近于1，進而獲得更準確的地貌年代[23］。

青古隆槽谷QM2 冰磧壟3 個暴露年代的χ2R值為12.58，表明該組樣品年代學分散可能由地貌過程所導致。結合相對地貌和測年結果，用年代學范圍（6.13±0.37）~（8.83±0.50）ka 作為該套冰磧壟形成的年代。基于國際年代地層學年表（2020 版），早全新世年代范圍為11.7~8.2 ka，中全新世為8.2~4.2 ka，4.2 ka 至今為晚全新世[24］，表明青古隆槽谷QM2冰磧壟在全新世早中期發生波動。

3 結果與分析

3.1 冰川波動的空間框架

關于青藏高原全新世早中期冰進事件，已有多位學者基于冰川本身進行了總結與討論。如研究者根據青藏高原南部68 個放射性14C 年代，判斷喜馬拉雅山和喀喇昆侖山等地區在8.3 ka（7 40014C BP）左右發生過冰進[25］；青藏高原東北部在全新世早中期發生冰川波動[26］，且青藏高原此次冰進具有局部性[27］和同時性[5］，而對青藏高原全新世早中期冰進10Be 年代結果的分析也表明，冰川對氣候波動表現敏感[28］，能夠反映出全新世快速波動的氣候特征[29］。

近年來，研究者基于TCN10Be測年技術，在青藏高原東部、東南部多個典型冰川作用區獲得了全新世早中期冰川波動的年代學證據。為了與研究區周邊山地全新世早中期冰川波動事件進行對比研究，本文采用CRONUS 網絡計算器，對所有用于對比的10Be 暴露年代數據進行重新計算，計算所采用的10Be 半衰期為1.387 Ma，巖石密度為2.65 g·cm-1，假設侵蝕速率為0。

重新計算的10Be 暴露年代學結果顯示，全新世早中期冰川波動事件在祁連山冷龍嶺的10Be暴露年代介于（6.45±0.57）~（8.90±0.66）ka[30］，阿尼瑪卿山最年輕的哈龍冰期冰磧壟波動時限為（6.48±0.19）~（9.00±0.53）ka[31］，雪寶頂鹽津溝M2冰磧壟的波動時限為（6.83±0.56）~（9.79±0.63）ka[32］，貢嘎山海螺溝冰水階地的發生時限為（7.86±0.78）~（8.97±0.84）ka[33］，玉龍雪山冰磧階地頂部漂礫的10Be年代結果為（9.20±0.56）~（10.68±0.69）ka[34］，青藏高原東南部Karola 山口附近冰川槽谷M3 冰磧壟波動時間介于（7.03±0.76）~（10.07±0.60）ka[35］。

此外，Hu 等[36］基于OSL 測年技術在青藏高原東南部Bsongcuo 流域測得該地區全新世早中期冰進時間為（7.4±0.7）~（8.2±1.6）ka。與他念他翁山中段緯度相同的稻城海子山，央英錯溝最內側冰磧壟前緣的河湖相沉積，14C測年結果為（8 010±150）a，研究者認為該套冰磧物為全新世早期時，冰川退縮中的第一次停頓期所形成，同時認為此次冰川波動可能受8 000年前全新世冷事件的影響[37］。

上述典型冰川作用區的年代學結果表明，他念他翁山中段全新世早中期冰川波動與青藏高原東南部、東部地區典型冰川作用區較為一致，同時也說明全新世早中期冰川波動在上述地區具有一定的普遍性。本文雖然列舉了青藏高原東南部及東部地區若干全新世早中期冰進事件的典型區域，但由于這些冰川作用區域全新世早中期冰川波動事件的年代學證據主要是基于TCN、OSL和放射性14C所獲得，不同測年技術結果指示的事件不完全相同，且不同測年手段各有其優點和不足。同時測年技術也受山地冰川作用區復雜的地質地貌過程和冰川沉積的特殊性的限制，且對于全新世以來的冰川地貌年代的分辨率還不夠高，年代數據的不確定性比較大，支撐該時期冰進的年代學數量仍較少。因此，在本文討論中只希望給出一個初步的年代學框架及其在全新世早中期冰進的初步結果，更多、更準確的冰川地貌年代學是進一步了解青藏高原全新世早期冰進的關鍵。

3.2 冰川波動的響應機制

冰川發育受地形、氣溫和降水等因素的共同影響，其中溫度和降水對冰川變化起決定性作用。研究顯示，青藏高原東南部及東部地區全新世早中期冰川波動的規模大部分分布在距離現代冰川末端幾公里范圍內，規模普遍較小，一定程度上可以說明，此次冰進事件持續時間較短，氣溫和降水組合并不利于大規模冰川的發育。

研究者基于10Be年代結果和高分辨率環境替代指標的分析認為，青藏高原全新世早中期冰川發育可能受熱帶輻合帶北移，及夏季風增強的控制[38］。青藏高原達索普冰芯、普若岡日冰芯及古里雅冰芯δ18O 的對比研究表明，全新世早中期高原南部和中部的冰川擴張主要由季風降水變化驅動，而季風降水變化則受歲差驅動的太陽輻射量變化的調節[39］。青藏高原東南部及東部冰川作用區，全新世早中期冰川發育受太陽輻射值增大導致西南季風增強的影響，即太陽輻射通過控制季風的地理分布范圍，進而影響其降水分布。西南季風降水增加則有利于冰川積累，進而使得高海拔冰川作用區降水增加的同時發生冰進，如青藏高原東部阿尼瑪卿山哈龍冰期[31］、雪寶頂[32］及貢嘎山[33］等區域全新世早中期的冰川波動與同時期太陽輻射最大值相一致，季風降水增強對驅動該時期青藏高原東部冰川波動具有重要作用。

他念他翁山中段位置處在西南季風通道上，該區域冰川發育主要受西南季風的控制。研究區附近仁錯湖和海登湖高分辨率的植物孢粉記錄反映[40］，青藏高原東南部在末次冰盛期期間，氣候寒冷干燥，降水量僅250 mm 左右，是現今當地的40%，1月、7月和年平均氣溫分別低于當地7~10 ℃、0.5~1.5 ℃和4~6 ℃，低溫是研究區末次冰盛期冰川發育的主導因素，而該地區全新世早中期年均氣溫介于0~1 ℃之間，降水量較現代有所增加，8~6 ka BP 更是研究區氣候最適宜期，1 月、7 月均高于現在2~3 ℃，年降水量比現在當地高100 mm 左右，說明本階段這一地區西南季風強盛。因此，降水增加可能是本區全新世早中期冰川發育小規模冰川的主要因素。

然而，關于青藏高原全新世早中期冰川變化模式及驅動機制尚存在其他觀點。一種觀點認為，在青藏高原季風控制區，全新世早中期冰川的長期波動一般不遵循軌道變化趨勢，可能以顯著的遙相關模式觸發，其波動頻率更高[41］；還有學者的研究顯示，青藏高原-喜馬拉雅山季風控制區全新世11 次區域性冰川發育事件中，8 次冰進與中緯度西風帶的變化相關（主要為全新世早期和晚期），3 次與季風增強有關[42］，青藏高原-喜馬拉雅山西部半干旱區在21 ka 以后的冰川發育主要與全球冰量和北半球氣候事件相關[43］，而歐先交等[44］的分析結果則認為，青藏高原及其周邊山地早全新世冰川發育可能是印度季風水汽和北半球降溫事件的共同影響。可見，青藏高原全新世冰川變化模式及驅動機制仍存在較大爭議，而冰川波動過程整合了氣溫和降水信號，全新世期間青藏高原不同冰川作用區氣候因子的組合特征及其與全球氣候變化的動力學聯系具有顯著差異性。因此，對于該時期冰川演化機制的探索，除了需要獲得詳實而準確的年代學，還要結合冰川地貌定量研究進行探究。

4 結論

本研究基于他念他翁山中段青古隆冰川槽谷QM2 冰磧壟的10Be 暴露年代學數據，并結合前人關于青藏高原東南部、東部典型冰川作用區全新世早中期冰川波動的研究結果，得出以下結論：

他念他翁山中段青古隆槽谷全新世早中期發育一次小規模冰川波動事件，時間為（6.13±0.37）~（8.83±0.50）ka。究其原因，青藏高原東南部全新世早中期西南季風強盛，導致降水增加，可能是影響此次冰川作用的主要機制。在將來的研究工作中，有待從更多、更準確的年代學證據及冰川地貌定量研究等方面給出更充分的證據。