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柴达木盆地位于青藏高原内陆,盆地东部察尔汗盐湖地处西部干旱区、东部季风区、青藏高原区三大区域的交汇地带,盆地中巨厚而又连续的湖相碎屑沉积详细记录了第四纪时期生态系统、气候系统及其环境演化过程,是开展区域环境对全球气候变化响应的理想地区。本研究依托柴达木盆地察尔汗盐湖沉积中心ISL1A孔(37°350"N,94°4341"E,孔深102.03m),选用钻孔岩芯中富含有机质的湖相碎屑沉积物,盐类沉积物、富含碳酸盐的湖相沉积物,分别应用14C和U系测年技术获得ISL1A孔15个绝对年龄,建立了察尔汗地区晚更新世中早期(92.2ka)以来的年代序列。本研究通过孢粉、粒度等气候代用指标综合分析,重建了察尔汗地区晚更新世中早期以来古环境、古植被与古气候变化特征,并在研究区域开展了现代花粉散布规律与植被、气候之间数量关系的研究,通过花粉-植被-气候定量关系分析,应用花粉-气候转换函数(Transferfunction)和现代类比法(Modemanaloguetechnique)定量重建了钻孔花粉记录的区域年均温度、七月平均温度和年均降水量。
通过ISL1A孔孢粉分析显示整个钻孔以草本和灌木花粉为主,湖泊周围晚更新世中早期以来未出现森林景观,盘星藻(Pediastrum)含量出现多次显著变化,在48.7ka(48.7m)处盘星藻完全消失;粒度分析结果表明,湖泊沉积物粒度发生了多次旋回,其中92.24-48.67ka沉积物粒度组分主要以粘土和中细粉砂为主,而48.67ka以来中粗粉砂含量较高。整体趋势是由下而上粒度逐渐波动变粗,中间又夹若干旋回,指示了湖面变化及流域水动力条件的变化。根据孢粉、粒度指标综合判断:92.24-83.13ka期间湖区植被为温带草原,湖泊为淡水-微咸水湖;83.13-79.37ka期间植被演化为荒漠草原,湖泊为微咸水湖,湖面下降;79.37-71.01ka期间植被为温带草原,湖泊扩张,为淡水-微成水湖;71.01-65.63ka期间植被为温带草原,气候冷湿,湖泊为淡水-微咸水湖;65.63-61.07ka期间植被演化为荒漠草原,湖泊退缩,为咸水湖;61.07-57.93ka期间植被为温带草原,湖泊扩张,为微咸水湖;57.93-54.18ka期间湖区植被为温带草原,流域水动力增强,湖泊面进一步上涨,为微咸水-淡水湖;54.18-51.14ka,期间湖区植被为荒漠草原,气候趋于干旱,湖泊退缩,为半咸水-咸水湖:51.14-50.6ka期间湖泊迅速退缩,有石盐析出;50.6-48.86ka期间盘星藻含量迅速增加,湖水淡化为微咸水湖,湖泊扩张;48.86-42.32ka期间湖区植被为温带草原,湖区有效湿度下降,湖泊逐渐演化为盐湖;42.32-33.84ka期间湖区植被为荒漠,气候干旱,湖泊处于盐湖蒸发析盐阶段;在约33.84-29.09ka之间,区域降水量有所增加,湖面上升,湖水淡化为咸水湖。约29ka之后湖泊急剧浓缩,大量盐类析出,区域气候冷干,风沙活动增强。
对钻孔孢粉记录应用两种定量重建方法结果显示,MIS5中晚期年均降水量各阶段平均变化范围在197-279mm,年均温度在-0.3--2.5℃,七月平均温度在11.9-13.6℃;MIS4期间年均降水量各阶段平均变化范围在228-264mm,年均温度在-3.3--1.6℃,七月平均温度在10.3-14.7℃;MIS3期间年均降水量各阶段平均变化范围在189-366mm,年均温度在-3.2--0.3℃,七月平均温度在11-13.1℃;进入MIS2以后年均降水量平均值降至133mm以下。
综合研究与对比表明ISL1A孔所记录的气候与环境变化过程与东亚季风变化过程较为一致,东亚夏季风较为强盛期察尔汗古湖东南部流域降水量增加,从而控制了古湖面的波动。ISL1A孔所记录的千年尺度的气候变化事件可能与北半球冰量变化及北大西洋冰筏事件有关。