我院博士生提出河流地貌过程对气候响应的新认识

发布者:何华春发布时间:2021-05-09浏览次数:10

地貌过程及其驱动机制是地球系统科学的前沿和重要科学问题。河流地貌系统是陆地和海洋物质与能量循环的主要通道,是地球表层系统科学和自然地理学的重要研究内容。河流动力和地貌演化受构造活动和气候变化的影响;同时,河流侵蚀-搬运和堆积过程又在气候-构造相互作用中起着重要的媒介作用,是联系地球外部和内部相互作用与反馈的重要纽带。探讨河流系统对外在和内在动力的响应过程、辨析和分离它们对河流沉积和地貌过程的影响是河流地貌研究中最具挑战性的科学问题。关于河流沉积/侵蚀过程与气候变化的具体联系还存在分歧。此外,传统认为气候变化的幅度和持续时间超过一定的阈值后,才能引起河流地貌系统的响应;但最近的研究表明持续时间较短的灾变性气候事件、及其相关的坡地和冰川过程等导致的河谷堰塞及溃决洪水等极端过程也有显著的地貌效应。

青藏高原周缘是全球新构造活动最强烈的地区,同时受全球最大季风系统—亚洲季风影响,该地区气候波动剧烈,是构造、气候相互作用最典型的区域(图1),同时该区域坡陡谷深的高起伏地形和极端气候的频繁发生导致了一系列滑坡、泥石流等极端过程,是研究河流地貌过程与机制理论研究创新的潜在区。

1 A)青藏高原三江源地区断层、地震和水系分布;(B)通天河河流纵剖面、陡峭度和降雨量分布


最近,我院教授王先彦和博士生于洋等在长江源通天河开展了河流地貌过程的研究,取得了重要进展,相关研究结果发表在国际知名学术刊物《GSA Bulletin》上。该课题组通过对通天河流域不同构造背景区河流阶地(图2)、沉积过程和光释光年代的详细对比研究,发现强烈的构造活动和极端的坡地过程等,导致峡谷区和盆地区河谷在末次盛冰期同时快速堆积和侧向拓展(侵蚀),形成超过60 m厚层堆积;在末次冰消期,季风逐渐增强时期,河流下切形成多级堆积阶地(图3)。

2 通天河峡谷区(构造相对抬升区)河流阶地的分布与河流沉积

3 长江源通天河流域构造相对沉陷区(A)相对抬升区(B)末次冰盛期以来河流沉积-侵蚀和河流阶地发育过程


进一步总结对比高原东北部和中部河流演化过程,提出流域地貌系统的类型(风化限制系统,或者搬运限制系统)可能控制了轨道尺度河流侵蚀对气候变化响应模式的差异:风化限制系统(如高原东北部),河流在间冰期向冰期的转换期下切;而搬运限制系统(高原中部),河流在冰期向间冰期的转换期下切。通天河流域高海拔、高起伏和频发的极端坡地过程等导致大量泥沙的供应,形成搬运限制系统,抑制了流域内差异性构造活动对河流阶地发育的影响;但差异性的构造活动导致了相对抬升的峡谷区和相对沉陷的盆地区河流阶地分布空间尺度和形态的差异(图3)。此外他们发现该地区河流沉积中普遍夹杂着泥石流、崩积物等多期极端事件沉积层(图4),表明末次冰盛期-冰消期气候波动导致的极端降雨或者地震活动等,导致该地区滑坡或泥石流频繁堵江,对河流沉积和地貌发育过程、深切峡谷的形成等有重要影响。


4 河流沉积物、泥石流沉积物和崩积物交互沉积

这项工作对河流地貌系统对气候变化的响应过程与机制提出了新的认识,同时也可以为构造活动、气候变化和地表过程相互作用下的灾害防治和预警提供一定的借鉴意义。参加这项研究的还有地理与海洋科学学院鹿化煜教授、弋双文教授级高工和李一泉副教授,临沂大学苗晓东教授和荷兰自由大学Jef Vandenberghe教授。这项工作得到了国家自然科学基金、第二次青藏高原科考和国家重点研发计划项目的联合资助。


文章信息: Yang Yu ; Xianyan Wang *; Shuangwen Yi ; Xiaodong Miao ; Jef Vandenberghe ; Yiquan Li ; Huayu Lu, 2021. Late Quaternary aggradation and incision in the headwaters of the Yangtze River, eastern Tibetan Plateau, China. GSA Bulletin, https://doi.org/10.1130/B35983.1.