青藏科考

雅江大拐弯末次冰期以来冰川演化及冰川堰塞事件考察

文章来源 :
2021-12-10 16:23

一、考察背景与内容

雅鲁藏布江大拐弯及其周边区域是青藏高原典型海洋型冰川(季风温冰川)作用区。这类冰川由于冰温相对较高,运动速度快,因此对气候变化更为敏感,侵蚀能力更强。末次冰期时,区内两座7000 m以上极高山地(南迦巴瓦峰与加拉白垒峰)的冰川曾广泛下伸进入了雅江大拐弯段干流主谷,自大拐弯处汇入的支流(尼洋河、易贡藏布和帕隆藏布)流域内冰川也曾大范围前进至主谷,且它们都在谷地建造起了高大的冰碛垄,进而堵塞谷地形成了冰碛堰塞湖,影响了这一段河道的演化。此外,全球变暖背景下,气温升高导致区内现代冰川退缩尤为剧烈,融水增加,依托区域内众多高大的中晚全新世冰碛垄构成的天然坝体,也形成了很多现代冰川前缘的冰碛堰塞湖,其中某些甚至曾发生过多次溃决。这些都表明该区域不仅冰川作用区的地表过程强烈,还通过冰、河、湖相互作用,极大影响到了低海拔谷地的地貌演化。然而,这些冰川进入主谷的期次、时代及冰川范围和规模仍不甚清晰,大拐弯与其周边支流内发生堵塞的时代是否具有同时性也未可知,但这些又是理解该区域冰、河、湖相互作用及其地貌演化影响的关键。因此,我们课题组任务就是通过系统冰川地貌考察,结合冰川地貌制图、年代学分析与冰川范围模型模拟,试图厘清雅江大拐弯及其周边支流末次冰期以来冰川演化时序与相应范围,并揭示出其中可能已造成的堰塞事件。

2021年7月20日至8月15日,第二次青藏高原科考“亚洲水塔动态变化与影响”任务“雅江流域冰-河-湖演化历史事件与耦合过程”专题兰州大学冰川地貌科考分队,在已有数据基础上,对尼洋河、易贡藏布与帕隆藏布流域,再次开展了冰碛物粒度和年代样品补采,并对该地区冰川槽谷形态、冰川遗迹分布等进行了实地调查(图1和2)。经3年野外考察和积累,课题组已获得该地区冰碛粒度样品8个,漂砾10Be暴露年代样品81个,百余幅槽谷形态与冰碛分布航拍照片。


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图1 科考路线图(①雅江大拐弯 ②尼洋河 ③易贡藏布 ④帕隆藏布)


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图2 科考队员进行冰川地貌考察、航拍与采样照片

二、雅江大拐弯及其周边区域简介

雅江大拐弯地区从稍大的范围来说,处于三大现代海洋型冰川分布区(横断山、喜马拉雅山东段和南坡,以及念青唐古拉山东段和中段)的交汇部位(图1)。由于雅江切穿喜马拉雅山这道气候上的巨大屏障,使这里成为湿润气流输入的通道。来自孟加拉湾强大水汽穿过这个通道后,形成了高原上一个十分特别的区域。可以用几个“最”来描述本区特点:(i) 高原上降水量最多区域,冰川物质平衡线(ELA)附近降水可达到3000 mm;(ii) 高原ELA最低的区域之一,现代ELA位于 4500~5000 m,与10个纬度以北的祁连山相当;(iii) 最典型现代海洋型冰川活动区,冰川以温度高,积累量大,运动速度快,侵蚀搬运能力强为显著特征;(iv) 冰期-间冰期气候交替中,高原上冰川范围变化最大的地区之一,末次冰期时还是高原上冰川面积最大的区域(李炳元等, 1991), 而高原上规模最大的现代冰川却分布于西北部的喀喇昆仑山和西昆仑山(Zhou et al., 2007)。

三、冰川地貌考察

2021年冰川地貌考察主要围绕夏贡拉山东坡-金岭乡-尼屋乡-通麦一线的易贡藏布流域展开,同时还对前两年考察识别出的冰碛堰塞点进行了航拍地形测量。我们发现易贡藏布流域与其他几个流域的冰川作用特征非常一致,即冰川侵蚀强,导致冰川侵蚀和堆积地貌形态特征显著,无论从宏观卫星影像还是实地野外考察都非常易于识别,冰川滑动引起的冰川磨蚀作用突出,羊背石、鲸背岩和磨光面发育十分广泛,冰斗和槽谷横剖面形态的深宽比较之大陆型冰川要大(图3)。依据典型冰川槽谷的分布范围,初步判断冰川作用范围确实如早期的观点一致,即第四纪冰川作用在整个流域内面积占比极高。


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图3 冰川侵蚀地貌(A. 夏贡拉山垭口西侧并排的冰斗与槽谷;B. 易贡藏布炯普错下游的冰川槽谷;C. 易贡湖东侧鲸背岩;D. 金岭乡附近鲸背岩顶部)

现今,雅江大拐弯主谷两侧仍保存的可相互对应的冰碛垄形态,表明南迦巴瓦峰与加拉白垒峰的很多冰川都曾下伸至谷地并冲到对岸,建造了异常高大的冰碛垄;其中则隆弄冰川外围有3个期次(M2~M4)冰碛垄(高达200~300 m)曾达到堵塞主谷的规模,并致其上游谷地发育了2950 m、3000 m和3150 m的台地(图4)。之后该区域冰川退缩,至小冰期时,沉积了M1冰碛垄。整个雅江大拐弯及其周边区域内,大多数现代冰川前缘的冰湖都是依托与M1套冰碛同期的终碛垄作为天然坝体而形成。


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图4 南迦巴瓦峰则隆弄冰川冰碛垄分布(A, B)与直白村附近雅鲁藏布江阶地(C)


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图5 波密至然乌间支谷古冰川在帕隆藏布主谷建造了高大冰碛垄(堰塞主谷),或曾进入主谷但冰碛垄已被侵蚀而不显,或曾堰塞主谷或对谷地演化造成巨大影响.

基于冰碛垄和支谷冰川槽谷的形态,则可判别出帕隆藏布波密至然乌间(海拔3000~3200 m)谷地内,至少有27条支谷冰川曾进入过主谷(图5),其中冰碛垄横贯主谷且形态保存较为完好的有12处,这套冰碛大多都是由数道冰碛垄组成(图6A);其他15处支谷古冰川曾进入主谷,但可能由于后期较强烈的侵蚀终碛垄保存不好。


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图6 帕隆藏布上游玉普乡附近主谷内冰碛垄(A) (M1~M6为主谷古冰川形成冰碛垄,M0-1~M0-3为南侧支谷古冰川形成冰碛垄,两组冰碛垄可能都堰塞过主谷), 以及尼洋河上游朱拉曲源头哈巴错小冰期冰碛垄 (B)(哈巴错是与现代冰川直接接触的小冰期冰碛堰塞湖).


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图7 易贡藏布中游尼屋乡附近主谷内冰碛垄(A)(可能曾堰塞过主谷), 以及易贡藏布上游金岭乡附近冰碛垄(B)

尼洋河北侧支沟内,由于末次冰期冰碛垄(海拔~3400 m)堰塞谷地形成了巴松错(Hu et al., 2015);现代冰川外围由于小冰期冰碛的堰塞,也形成了众多冰碛堰塞湖,如哈巴错就是由外围2套冰碛垄(海拔~4000 m)堰塞形成(图6B)。同样的冰碛堰塞也曾在易贡藏布流域多次发生(图7)。

四、漂砾暴露年代与粒度样品采集

通过总结和分析该区域已有古冰川演化的年代数据,发现能伸入或堰塞主谷的冰碛垄可能形成于末次冰期,而现代冰川前缘冰湖的坝体可能为小冰期的侧碛/终碛垄;然而,这些事件持续了多长时间,仍不清楚。因此,针对这两个重要时期的冰碛垄,选择雅江大拐弯、帕隆藏布、易贡藏布、尼洋河四个流域典型区域,于2019-2020年在则隆弄冰川(图4A)、帕隆藏布上游玉普乡(图6A)以及易贡藏布上游炯普错(图7B)附近共采集了45块10Be暴露年代样品基础上,2021年又在易贡藏布尼屋乡(图7A)、帕隆藏布玉普乡(图6A)与尼洋河朱拉曲哈巴错(图6B)共采集了36个10Be暴露年代样品,以期获得可能对下游谷地演化造成重要影响的古冰川绝对年代,也能完善该区域已有的末次冰期以来古冰川演化的时代框架;此外,为了分析冰川侵蚀特征,还在易贡藏布流域的冰湖周边采集了小冰期不同冰碛相、冰湖沉积粒度样品8个。目前,年代样品都已经完成预处理,并制成靶样在实验室等待测试;其中则隆弄冰川冰碛序列获得了17个年代数据(图8)。


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图8 雅江大拐弯地区冰碛暴露年代(派镇附近冰碛序列年代引自Hu et al.(2020); B为新获得10Be年代数据, 其中红色数据为偏年轻年龄, 黑色数据为选用年龄)

五、末次冰期以来则隆弄冰川演化及堰塞事件初探

南迦巴瓦峰则隆弄冰川外围保存下来的最老冰碛(M4),其暴露年龄为30.2±2.3~35.0±1.1ka,这与其南侧派镇附近的最老冰碛时代可互相印证,表明该区域局地末次冰盛期可能始于MIS3晚期。从冰碛垄的分布位置判断,当时则隆弄冰川已大规模进入雅江谷地,完全具备堵塞谷地的能力。M2套冰碛垄是则隆弄冰川最近一次前进并阻塞雅江谷地的遗迹,其南侧垄顶部漂砾年龄相对集中(5.2±0.3~6.7±0.7 ka),而北侧垄年龄(2.7±0.2~4.1±0.2 ka)相对分散且偏年轻,可能是由于选取漂砾过于靠近下游位置(较南侧样品海拔偏低200 m左右),而受到后期侵蚀才暴露出来所致。因此,我们认为则隆弄冰川进退过程导致的最新一次大规模堰塞事件发生在全新世中早期。基于AAR与AABR法计算,当时ELA仅较现代降低了~240 m。这进一步表明,末次冰期最盛期甚至晚冰期时,南迦巴瓦峰和加拉白垒峰发育众多冰川中的大部分都具备进入雅江并堰塞的可能,因此会对该段雅江演化造成巨大的影响。后续科考过程中,我们还将继续加强雅江大拐弯其他区域冰川演化时空序列以及相对应堰塞湖沉积的对比分析,进而为揭示该区域冰、河、湖相互作用的规律与耦合机制提供强有力的支撑。

科考队员:王杰、王潍诚、陈晓晶、雷满红、邱锦坤

队员单位:兰州大学

供稿:王杰

项目:第二次青藏高原综合科学考察研究

任务二、亚洲水塔动态变化与影响

专题:雅江流域冰-河-湖演化历史事件与耦合过程(2019QZKK0205)