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20世纪80年代初期,一些学者通过卫星影像和航片发现青藏高原许多湖泊四周都有明显的古湖堤沉积,说明青藏高原过去某些时期的气候环境比较湿润,众多湖泊经历了高湖面。随后,中外科学家对青藏高原东北部的青海湖和柴达木盆地内的湖泊和青藏高原南部纳木错、色林错、扎布耶盐湖、班公错等湖泊进行了系统研究,发现在深海氧同位素三阶段晚期,高原上很多湖泊都经历了高湖面。在西北干旱区的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠以及新疆的塔克拉玛干沙漠也发现,氧同位素三阶段晚期这些地区的湖泊出现了高湖面。之后,来自西昆仑山古里雅冰芯的记录显示,氧同位素三阶段晚期青藏高原的温度达到了末次间冰期的水平。由此施雅风等人提出了青藏高原在深海氧同位素三阶段晚期经历了“大湖期”或“泛湖期”。最近一些学者对青藏高原上一些湖泊的湖滨相和湖相沉积物用铀系和光释光测年方法重新进行了年代测定,发现晚第四纪以来这些湖泊最高湖面出现在氧同位素五阶段,一些湖泊在三阶段也存在高湖面,但低于五阶段的高湖面。另一些学者报道,青藏高原东北部柴达木盆地内的湖泊和青海湖在氧同位素三阶段没有出现高湖面。深海钻孔的氧同位素记录和两极冰芯的同位素记录都显示晚第四纪气候最温暖的时期是末次间冰期和全新世,氧同位素三阶段的气候介于冰期和间冰期之间。中国南方石笋的氧同位素记录被认为反映了亚洲夏季风的变化历史。石笋记录也显示在末次间冰期和全新世适宜期夏季风增强,在末次冰期夏季风强度减弱,氧同位素三阶段时期的季风没有末次间冰期和全新世适宜期强。青藏高原高湖面出现的时间及高湖面与全球气候环境变化之间的关系依然存在争论。
青海湖地处东亚季风、印度季风和西风带三大气候系统的交汇带,其对气候变化非常敏感。我们在2008-2010三年的春、夏和秋季(4-10月)对青海湖地区进行了系统的地貌调查,在青海湖四周海拔低于3260m的不同海拔高度都发现了高位湖相和湖滨相沉积物,这些湖相和湖滨相沉积物上边覆盖着后期沉积的冲洪积砾石层和黄土,在冲洪积砾石层的上部普遍发育砂楔,砂楔宽度～1.0m,深度～0.8-0.9m。我们在青海湖四周的湖相、湖滨相沉积中采集了73个光释光测年样品,在冲洪积砾石沉积物中的砂子透镜体中采集了3个光释光测年样品,在河流相沉积中采集了11个光释光测年样品,在砂楔中采了6个光释光测年样品,在风成砂中采集了23个光释光测年样品,在黄土和古土壤中采集了28个光释光测年样品,总共采集了144个光释光测年样品。
通过野外考察和遥感影像解译,我们发现青海湖四周的湖相和湖滨相沉积都分布在海拔3260m以下(拔现在湖～66m)。前人报道的青海南山北侧拔湖～120m的湖滨相沉积物更像是冲洪积物。现在青海湖最低的垭口拔湖～104m。因此,前人认为青海南山北麓有四级湖成阶地,并且最高级阶地拔湖～120m的说法值得商榷。我们认为青海湖只有两级阶地:一级阶地前缘拔湖约5米,后缘拔湖约13米;二级阶地前缘拔湖约25米,后缘拔湖约65米。
本论文用光释光测年方法对青海湖四周出露的高位湖相沉积、河流相沉积、冲洪积物、砂楔以及风成沉积物进行了系统的年代测定,用差分GPS测定了高位湖相沉积物的地理坐标和海拔高程,重建了青海湖15万年以来的湖面波动曲线。期望青海晚第四纪湖面波动历史的研究能够帮助我们更好的理解晚第四纪青藏高原湖上湖泊的演化过程。本论文的研究得到如下主要结论:
(1)通过对提取的不同沉积物的石英OSL,物理性质分析,发现湖滨相和湖相沉积物的生长曲线在再生剂量给到400Gy时,生长曲线仍然没有饱和,这为测定更老的湖相沉积样品提供了可能性。青海湖附近的湖相沉积、湖滨相沉积、冲洪积相沉积、砂楔以及风成沉积物都存在标准生长曲线。
(2)青海湖在MIS5(MarineIsotopeStage5)时期、MIS3a早期、末次冰消期和全新世经历了高湖面,在MIS4时期、MIS3早期和晚期以及MIS2时期为低湖面时期。15万年以来的最高湖面出现在MIS5a晚期,当时湖面高出现在～66m;MIS3时期的高湖面出现在42-38ka期间,这期间湖面高出现在～15m,比全新世最高湖面高～5m;末次冰消期16.11ka期间青海湖经历了高湖面,当时湖面高出现在～7.5m;全新世最高湖面出现在8-5ka,当时湖面高出现在～10.6m,5ka以来湖面波动下降。
(3)应用GIS软件,计算MIS5a、MIS3a早期、末次冰盛期和全新世气候适宜期的湖面面积分别为6753km2、5238km2、1225km2和4938km2。
(4)青海湖15万年以来的湖面波动历史是“太阳辐射驱动的”。在北半球夏季太阳辐射增强的时期,西风带北移,青藏高原东北部青海潮流域为亚洲夏季风控制,增大的夏季辐射量产生了较大的海陆热气压梯度,亚洲夏季风(包括印度季风和东亚夏季风)携带较多的水分自海洋侵入大陆,降水量增加,出现高湖面;反之亦然。
(5)青海湖的风成沉积物,其沉积过程独立于湖相沉积物。我们的测年结果显示,青海湖周围的风成沉积在末次冰盛期之后开始堆积。风成砂在～14-7ka之间沉积,黄土在12.11ka期间、8-9ka期间以及3-5ka期间沉积,古土壤在8.2-1.0ka期间都有沉积。风成砂、黄土和古土壤反映了不同的古气候条件。通过测定风成砂、黄土和古土壤沉积物年龄确定的青海湖末次冰消期以来的气候环境变化与湖相钻孔岩芯指标提供的环境信息基本一致,与我们重建的湖面波动历史也比较吻合。