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同位素视角下的青藏高原全新世水文气候变化

2022/09/06

素有“世界屋脊”与“地球第三极”之称的青藏高原平均海拔在4000 m以上,是亚洲数十条重要河流的发源地,又被称作亚洲水塔。青藏高原对亚洲乃至全球的气侯变化、物种多样性及资源利用有重要影响,是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地及国土空间安全战略区域。同时,青藏高原与大尺度大气环流格局及现代与未来人类福祉密切相关,是环境和气候变化研究的热点区域。

季风西风相互作用被认为是控制青藏高原环境变化的主导因素,青藏高原南部与北部的气候与环境变化受季风西风影响在年代际和百年时间尺度上表现出显著的空间差异。以往青藏高原古气候研究表明,全新世期间夏季风主导了青藏高原大部分地区的气候变化,但夏季风影响的确切边界范围及其与西风的相互作用过程目前仍不清楚。尤其是全新世千年时间尺度的高原南、北气候变化格局存在广泛争议。因此,如何可靠地解译全新世青藏高原的气候变化是一个广受关注的科学问题。

在仔细甄别数据质量、确保年代可靠的基础上,本研究搜集了20条已发表的青藏高原湖泊沉积物自生碳酸盐δ18O记录(图1),通过记录比对进行综合集成(Z-Score方法),并根据记录分布将青藏高原划分为西部、中部以及东北部三个区域。研究获得了如下认识:

1)全新世期间,青藏高原湖泊沉积物碳酸盐氧同位素呈从南部到北部增加的趋势:南部δ18O偏负,中部略微增加,北部偏正。这与青藏高原现代夏季降水同位素的空间分布基本一致。(2)通过综合分析影响湖泊沉积物碳酸盐δ18O变化的温度、蒸发、海拔、冰川融水,以及水汽来源等因素,提出水汽来源(季风与西风)是控制青藏高原湖泊沉积物δ18O长期变化的主导因子。(3)青藏高原中、西部湖泊沉积物δ18O值自全新世早期以来呈负偏趋势,与青藏高原洞穴沉积物δ18O值以及该地区重建的季风降水变化趋势一致,表明该地区受到季风的显著影响(图2)。(4)青藏高原东北部湖泊的δ18O值在全新世后期(5 ka以来)呈负偏趋势,表明该地区存在不同的水文过程;非季风季节西风水汽的增加是造成该区δ18O趋势不同于青藏高原中、西部的原因。

本研究系统地从同位素角度对青藏高原全新世水文气候变化的时空格局及驱动机制进行了分析、讨论与总结,提出了亚洲夏季风与西风的相互作用是全新世期间青藏高原水文气候变化的主要控制因素,导致了全新世青藏高原东北部与高原其他地区在千年时间尺度上存在不同的变化格局(图3)。上述研究成果近期以“Holocene hydroclimatic variations on the Tibetan Plateau: An isotopic perspective”为题在线发表在《Earth-Science Reviews》,兰州大学资源环境学院/西部环境教育部重点实验室吴铎研究员为本文的第一兼通讯作者。该研究成果由第二次青藏高原综合科学考察研究项目(批准号:2019QZKK0601)和国家自然科学基金项目(批准号:42171150, 41988101)共同资助。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104169

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1 A)青藏高原全新世氧同位素记录分布;B)青藏高原及邻近地区年平均降水量、气温和降水δ18O空间特征的现代监测数据

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2 全新世青藏高原温度(A)、冰川活动(B)以及本研究揭示的三种湖泊δ18O变化类型(C-E

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3 全新世古气候记录的空间分布揭示的青藏高原水文气候格局