青藏科考

第二次青藏科考中科院地球环境研究所科考分队日记

文章来源 :
2020-03-27 17:25

【出征】


2019年6月28日下午,第二次青藏高原综合科学考察中科院地球环境研究所分队集结准备出发。

科考队全体成员合影

刘禹所长代表科考分队发表出征讲话:他首先对研究所能承担这次青藏科考的西风-季风历史演化及协同作用的任务表示高兴。交代科考队员一定要“不忘初心,牢记使命”,克服一切困难,圆满科考任务,不负党、国家和科学院所托。同时,他也嘱咐科考队员野外的一些安全注意事项,希望大家平安归来。

刘禹所长讲话

安芷生院士也来到出征仪式上,他说虽然这么多年我们所扎根在西部做了很多工作,但是仍然有不足的地方。这次科考,他请队员们注意一个他本人一直很关心的科学问题:西部的水汽来源,是北冰洋,西风,还是季风。最后安院士也嘱托科考队高高兴兴出门,平平安安归来,并授旗科考分队队长孙有斌副所长。

安芷生院士授旗


青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔,也是我国重要的生态安全屏障和战略资源储备基地。1972年中科院制定了青藏高原综合科学考察规划,以“青藏高原的隆起及其对自然环境和人类活动影响”为主题,组织地学、生物学、农学等多个专业,从1973年至1980年开展了多学科综合研究。此次考察积累了大量第一手科学资料,填补了青藏高原一些地区和学科研究的空白,为青藏高原生态保护和社会经济发展提供了坚实的科学基础。 

第二次青藏高原综合科学考察研究将对青藏高原的水、生态、人类活动等环境问题进行系统研究,分析青藏高原环境变化对人类社会发展的影响,提出青藏高原生态安全屏障功能保护和第三极国家公园建设方案。 

此次中科院地球环境研究所参加科考的主题为“青藏科考:西风-季风历史演化及协同作用”。未来5年将基于西风、季风纵横断面的科学方案,在青藏高原5大综合考察研究区开展系统的黄土、石笋、湖沼、树轮等材料的广泛调查采样。以高准确度年代标尺和高分辨率多类型环境指标的提取和综合分析研究,建立最近13万年以来季风和西风气候在不同时间尺度上的变化序列。本专题将为深刻理解现代西风-季风相互作用提供历史相似型和机理的理解,为预估未来季风、西风发展趋势及其对高原水资源的影响提供科学依据。

2019年度地环所分队天山-帕米尔区科考路线图(国内段)


科考队成员具有丰富的青藏高原研究经验,发表了大量有关青藏高原及周边地区环境变化的高水平研究论文。


树轮小组

树轮小组在青藏高原东北部及周边区域开展了大量的树轮研究工作,建立了高原东北部2485年年均温度序列,发现20世纪在过去1000年中最暖,提出太阳辐射千年尺度周期决定了温度趋势变化的长期走向,百年尺度周期控制了温度变化的幅度。


黄土小组

黄土小组在亚洲内陆干旱荒漠区、黄土高原与黄土沙漠过渡区等地开展了综合考察,尤其在天山-帕米尔地区,包括伊犁盆地、楚河谷地、费尔干纳盆地以及塔吉克凹陷内开展了大量的野外黄土调查,多次完成青藏高原腹地、滇西、川藏、青藏等多线路专题综合科学考察。


石笋小组

石笋小组已经在江河湖源和一江两河区、天山、帕米尔地区、以及横断山高山峡谷区等研究区进行多次野外洞穴科考,并对吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、塔吉克斯坦等国家开展了数次中外联合科考,采集一批优质石笋样品,发表了青藏高原的石笋古气候记录,对高原南部降水氧同位素的解释和降水同位素古高度重建提出新认识。

湖沼小组

湖沼小组多次对青藏高原腹地的可可西里、羌塘高原、柴达木盆地、青海湖,以及横断山地区的洱海、程海、泸沽湖等湖泊开展过综合科学研究,并对天山-帕米尔地区的赛里木湖、卡拉库里湖等进行了环境钻探。


综合小组


本次科考,还设立了综合小组,专门保障科考所获数据的和资料的处理及分析,以及科考分队的行动的协调和安排。


这次出征,地环所科考成员将谨记习总书记对青藏科考的嘱托:发扬老一辈科学家艰苦奋斗、团结奋进、勇攀高峰的精神,聚焦水、生态、人类活动,着力解决青藏高原资源环境承载力、灾害风险、绿色发展途径等方面的问题,为守护好世界上最后一方净土、建设美丽的青藏高原做出新贡献,让青藏高原各族群众生活更加幸福安康。



【第一站 乌鲁木齐】


今天队员们在乌鲁木齐集结,进一步确认了工作细节。科考热情纷纷化作诗句,在此辑录,以作纪念。

启程

董某


遥知边疆存瑰宝,不远万里探奥妙

千载风尘载信号,更有蜗牛揭真貌



遇见

孙某


科考第一天,高温来考验;

午看艾丁湖,夜宿吐鲁番。



出边关

谭某


长风入瀚海,张臂揽天山。

欲穷天地密,志岂在封侯。



考察路线胡串

宋某


柴窝铺的风,艾丁湖的钻,

罗布泊的盐,塔里木的水,

塔克拉玛干的沙,塔中的油,

昆仑的玉,天山的树,

帕米尔的湖,伊犁的黄土,

赛里木的钻,新疆我们来了!




随青藏科考有感

张行者


青藏科考,千里追风,

苍穹之下,鬼斧神造,

雪山沙漠,相间呈现,

芷生院士,一直探穷,

今有弟子,不远万里,

酷暑之时,钻探取样,

继往开来,以期析理。

看今朝,新时代,

意气风发,克难攻坚,

笑谈之间,究古知今,

方有地球环境之所!



丝路古今

宋某


西汉张骞出使西域,

开丝绸之路先河,

盛唐高僧西天取经,

架中外沟通桥梁。

今有祖国一带一路,

谱国际合作新篇,

地环科考追古抚今,

探干旱环境之魄。



致科考

蓝某


季风又度玉门关,

响应号召来天山。

一万里路云和月,

只待破楼兰、把家还。



边疆寻梦

解某


危坐大西安,模拟千万象。

漫漫黄沙貌,梦里寻常见。

今随科考队,顺风搭便车。

边疆探荒漠,追寻物质源。



醉东风

艾某


少年意气,纵马追西去。

笑踏天山收慧玉,洞现雨云更替。


倏乎瀚海桑田,山起水退等闲。

莫谓天机难料,且看论古华篇。



寻梦

程某


大漠楼兰玉门关,

羌笛长河落日圆。

梦里不知生似梦,

放马天山踏梦来。



边疆行

蔡某


日夜兼程赴边疆,

天山近在咫尺旁;

今日启程逐梦境,

且听年轮诉沧桑。




穿天山有感

宋某


戈壁狂风飞沙,

枯木黄土漪霞,

楼兰精绝尼雅。

千古谜团,

地环人来作答。



【第二站 艾丁湖】


艾丁湖位于我国新疆自治区吐鲁番盆地南部,觉洛塔格山北麓,是一个大型盐湖和咸水沼泽,湖面海拔-154.31米,是中国陆地最低点。

艾丁湖古代被称为“觉洛浣”,维吾尔语叫它艾丁库勒,意思为月光湖,由于其边缘都是一层白色的盐碱,晶莹洁白,看起来如同月光普照。

地环所科考分队在艾丁湖沉积中心和周边露头剖面进行科学考察,寻找揭示该区气候环境变化和西风变迁的绝佳素材。




【第二站 罗布泊】


罗布泊(Lop Nor),中国新疆维吾尔自治区东南部湖泊,又名罗布淖(nào),《山海经》称之为"幼泽"。罗布淖尔系蒙古语音译名,意为多水汇集之湖。

罗布夕阳(摄影:张行勇)


罗布泊地区属暖温带大陆性极端干旱荒漠气候,海拔约780米,塔里木河、孔雀河等汇集于此。上世纪中期由于气候变化及人类活动影响,导致上游来水减少,直至干涸。

地表盐壳(摄影:雷婧)


中科院地球环境所科考队进入罗布泊地区,进行了一系列地质、地貌考察,采集了表土、水样、岩心等样品。

固定地锚(摄影:蓝江湖)


一组科考队员在盐田附近开始钻探取心和露头剖面样品采集。由于罗布泊地区特殊的地理位置与气候因素,罗布泊地区表面盐壳厚达30cm以上,且坚硬无比。考察队队员们利用钢钎等工具,耗时经过一天奋战至凌晨1点,累计采集岩心8.5米。

钻探取心(摄影:艾莉)


岩心样品(摄影:强小科)


队员们还在钻孔附近挖出一个1.2米的新鲜剖面,5cm间距采集了粉末样品,作为平行剖面可与岩心直接对比。

剖面测量(摄影:艾莉)

队员们在罗布泊钾盐公司工程师的带领下,参观了最近钻探获取的180米岩心和10年前采集的780米岩心,考察了几个废弃的地窝子(距钻点50公里)和新开挖的大坑,初步了解该区地层发育情况。

坚硬岩层(摄影:艾莉)

在紧张忙碌的考察和采样工作间隙,科考队在广袤无垠的新疆罗布泊,伴着夕阳,召开了“不忘初心 ,牢记使命”主题教育活动。

话谈初心(摄影:张行勇)


【第四站: 塔克拉玛干南缘】

离开罗布泊,科考队员沿若羌-于田-喀什一线,对塔克拉玛干沙漠和西昆仑北坡黄土沉积进行了考察。

沙漠行进(蓝江湖/图)

塔克拉玛干沙漠(Taklimakan)位于塔里木盆地中心,东西长约1000公里、南北宽约400公里,面积达33万平方公里,是世界第二大流动沙漠。

沙漠远景 (宋友桂/图)


沙漠中沙丘类型复杂多样,包括复合型沙山和沙垄,高度几十至几百米不等,宛若憩息在盆地中的条条巨龙,塔型沙丘群呈各种蜂窝状、羽毛状、鱼鳞状沙丘,变幻莫测。

 沙丘上的波纹(宋友桂/图)

塔里木盆地西部地区受高空西风气流影响,东部盛行偏东北风,两种气流在沙漠南缘中部克里雅河附近相会,造成西昆仑北坡于田-和田一带特有的风成地貌特征,高大的黄土丘陵非常发育。

西昆仑北坡黄土沉积(孙有斌/图)


西昆仑的黄土最高分布于海拔3800米,最厚达670米,是解译塔克拉玛干沙漠演化的良好载体。科考队员对阿羌附近出露黄土剖面进行了考察,讨论了黄土堆积过程、形成年代及其古环境意义。

 阿羌黄土剖面(宋友桂/图)


第五站:喀拉库里湖


再钻喀湖

躬身喀湖边,笑看慕峰巅。

西风如何变,且看这一钻。


爬山涉水,一路向西,终于抵达本次科考第五站--帕米尔高原东部的喀拉库里湖(38°;26′N, 75°;03E),该湖位于喀什西南方向191公里处,为慕士塔格峰和公格尔山等群山环绕,是末次冰期形成的冰蚀-冰碛湖;湖面海拔约3645米,最大水深可达20米,湖泊面积为10平方公里;高寒干旱的气候类型下,年均温低至3-4℃,年均降水量约75毫米。

慕士塔格峰下的喀拉库里湖 摄影:雷婧


喀拉库里湖地区主要受西风环流所控制,由慕士塔格冰雪融水补给,沉积物沉积速率较快,是重建过去西风变化的良好载体。鉴于此,青藏科考中科院地环所分队对喀拉库里湖开展了科学考察,主要包括湖泊沉积物、湖水、水生动植物、流域土壤和植被等方面,以期获得最近百年-数百年西风环流变化历史,尝试探寻北大西洋涛动在帕米尔地区的地质印记,最终试图解析帕米尔地区的水汽来源。

喀湖边的队员 摄影:张行勇

(1)岩心钻探

利用重力采样器在大喀湖选择两个不同水深湖区开展岩心钻探,共采集平行表层岩心7根;在小喀湖中心位置采集平行岩心3根;共计获得约16米表层沉积物样品。部分钻孔岩心按照0.5cm间隔,现场分样。

运回湖心样品 摄影:张行勇


(2)其他样品采集

为了解决碳库效应对沉积物放射性14C定年的影响,科考队在喀拉库里湖多个位置不同水深采集了湖水、现生螺壳、沉水植物以及流域土壤和植物样品。

采集深层湖水样品 摄影:艾莉

特别感谢:

       感谢中国科学院青藏高原研究所西风环流综合观测站及谢营副站长和藏族兄弟四郎对本站科考的帮助!




【科考小知识 塔里木湖的前世今生】


塔里木盆地地处于天山和昆仑山、阿尔金山之间,东西长1500千米,南北宽约600千米,面积达53万平方千米,是中国面积最大的内陆盆地。盆地地势西高东低,中部是著名的塔克拉玛干沙漠,东部有亚洲“干极”罗布泊,盆地边缘为山麓、戈壁和绿洲(冲积平原)。气候干旱少雨,生态环境脆弱。塔里木盆地也是我国的聚宝盆,含有丰富的石油、天然气、玉石、钾盐等矿产资源。

塔克拉玛干沙漠

 罗布泊雅丹地貌


在恐龙繁盛的时代(侏罗纪至白垩纪)塔里木盆地所在的地区是汪洋大海,地质学家称之为副特提斯海(特提斯海的一个演化阶段),那么这海是如何变成盆地和沙漠的呢?极端干旱环境是如何形成的呢?


塔里木盆地沧桑巨变


地质学家通过研究现今盆地周边山体的隆升年代以及塔里木盆地的内部沉积地层,认为新生代(最近6500万年)以来地壳运动造成天山和青藏高原的逐步隆升,形成一个海盆:塔里木海,4000多万年以来随着印度板块向北俯冲,青藏高原向北扩展隆升和天山山脉崛起,海水逐渐退出,在帕米尔和西天山阿赖谷地形成狭长的水道,尽管具体海水完全退出的时间还有争论,但海水从东向西的撤退过程已达成共识,此时盆地东高西低,中新世(2300万年)以来塔里木盆地周边山脉的强烈隆升造成盆地内部差异性沉降,上新世早期(500万年前后)在盆里东部存在众多湖泊群,直到第四纪早期(约260-180万年)罗布泊洼地形成,塔里木盆地现今东低西高的地貌格局形成。

库车新生代红层

塔里木盆地为什么这么干?


随着副特提斯海的向西退出,西风环流携带的水汽减少,帕米尔高原-天山之间的水汽通道逐渐关闭,晚新生代青藏高原的强烈隆升的雨影效应(雨影效应是山脉高峻能阻隔季风,形成雨影效应。在迎风坡一面降水增多,背风坡降水几乎没有)进一步加剧了干旱化,因此塔里木盆地一直向干旱化方向发展。现在盆地地处欧亚大陆腹地,远离海洋,盆地周边高山耸立,层峦叠障,海拔4000~6000米,来自太平洋的东亚季风及印度洋的南亚季风所携带的潮湿气流很难抵达塔里木盆地上空,而西风环流携带的水汽在到达帕米尔高原和天山西坡一带时,大多凝结下降,只有当有较强西风气流时,少量水汽才可以进入塔里木盆地,形成降水,愈往东气流越变干燥,造成盆地降水西部多于东部。盆地东南部在冬季还受到寒冷干燥的西伯利亚反气旋的影响,降温水量稀少,蒸发量巨大,形成极端干旱环境。大部分地区年降雨量都在50毫米以下,东部地区只有10毫米左右,昼夜温差和季节变化很大,春夏和秋冬之交时,早上寒冷要穿棉衣,中午气温高穿单衣都还嫌热,此就是“早穿皮袄午穿纱,怀抱火炉吃西瓜”谚语的由来。


塔克拉玛干沙漠是如何形成的?


沙漠的形成至少需要两个条件:干旱少雨气候条件和充足的沙源。塔里木盆地内部丘陵和周边山地岩体经过漫长的风化剥蚀和夷平作用,经流水尤其是洪水、暴雨搬运到山麓和盆地边缘形成三角洲和洪冲积平原,这些沉积物经过风力吹扬分选,成为塔克拉玛干沙漠的主要来源,在长期干旱少雨的气候条件下,形成了巨大的塔克拉玛干沙漠。那么如何确定沙漠的形成年代呢?直接的证据就是找到沉积最厚的地方,利用钻探获取岩心,通过测定沉积物中出现最早大规模风成沙的年代。另一方面可以通过间接证据如周边山地的风成沉积黄土反推沙漠的形成年代。但目前关于沙漠形成的年代仍有几种观点,从2000多万年到几十万年,沙漠的形成之谜还有待于科学家们更深入的研究。我们这次考察就是为了选择合适的地点进行环境钻探,以揭示沙漠的演化过程和气候环境变化历史的联系。


罗布泊又是怎么回事?


第四纪(260万年以来)的新构造运动导致罗布泊地区成为塔里木盆地的低洼地区,造成一江春水向东流,成为塔里木河、孔雀河、车尔车臣河、若羌河、疏勒河等众多河流的汇水区,远古时期人类为生存生活方便,加之生产水平有限,只有遂水而居,这些河流和附近的绿洲成为人类活动的主要场地,仅在西汉朝曾经有二十多个小国在盆里边缘繁衍生息,罗布泊是一片水草丰美的大湖,滋养了楼兰古国,也成为著名的“丝绸之路”咽喉。但后来一方面区域气侯变干,河流径流减少,叧一方面由于人类活动尤其在这些河流的中上游地区过渡灌溉、修建水坝,使得下游断流,罗布泊就此干涸。

在漫长的地质过程中河流中上游含钾岩石破碎分解,钾盐溶于水中随径流汇集到罗布泊;钾盐随地表水下渗,使地下水中钾盐不断积累,含量升高,形成钾盐矿床。


罗布泊的“盐华”

罗布泊的“钟乳盐”

这次科学考察重点考察了塔里木盆地东部罗布泊、南缘帕米尔-西昆仑山北坡、北缘库车天山段的新生代沉积,初步确定了在塔里木盆地东部和西部开展深钻和西昆仑山剖面样品的采样方案,获得了数根短河湖沉积岩心,为进一步研究塔里木盆地沙漠、湖泊演化和气候变化奠定了基础,这对认识不同时间尺度西风-季风协同作用下气候变化的过程与规律及其发生机制具有重要意义。


宋友桂/图文