, 周亚利, 赵军Optically stimulated luminescence dating of moraines in East Altay Mountains, Xinjiang
JIABinbin, ZHOUYali, ZHAOJun通讯作者:
收稿日期:2017-06-26
修回日期:2018-01-17
网络出版日期:2018-05-20
版权声明:2018《地理学报》编辑部本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
基金资助:
作者简介:
-->
展开
摘要
关键词：
Abstract
Keywords：
-->0
PDF (4361KB)元数据多维度评价相关文章收藏文章
本文引用格式导出EndNoteRisBibtex收藏本文-->
1 引言
在CO2等温室气体增加、全球气候不断变暖的大环境下,世界各地的冰川正在快速消融。作为塑造地表形态最积极外营力之一的冰川,对气候变化响应敏感,是气候变化的理想指示器。第四纪冰期与间冰期旋回中形成的冰川沉积物是研究冰川作用的载体,也是表征古冰川进退的直接有力证据,记录了第四纪气候变化的重要信息[1]。近半个世纪以来,国内外****对全球气候变化研究的三大载体之一的冰芯展开了广泛的研究,然而,冰芯样品存在采样风险大、运输困难且成本较高等缺点[2,3],对冰芯的气候变化研究造成阻碍。冰碛物是冰川作用的直接产物,与冰湖沉积、冰水阶地沉积等物质来源较为复杂的冰川沉积物相比,它可以直接代表过去发生的冰川事件,且其相对于冰芯样品更易于获取,对其进行的年代学研究,可使重建古冰川活动历史更为便捷和可靠[4,5]。阿尔泰山是中国纬度最高的冰川分布区,第四纪冰川作用规模巨大,冰川地貌类型特征明显,具有较高的研究价值。崔之久等[6]对阿尔泰山西北部喀纳斯湖湖口附近的终碛垄进行考察后,结合冰川遗迹的类型和特征,认为该区在倒数第三次冰期、倒数第二次冰期、末次冰期和小冰期至少发生过4次冰川事件,随后对暴露于大气中的冰碛石表面的钙膜沉淀进行14C测年（4040±80 a BP）,结果表明该区在新冰期也发生过一次明显的冰川事件。但是,钙膜中的碳来源复杂,使得这一结论的可靠性有待商榷。而近年来光释光（Optically Stimulated Luminescence, OSL）测年技术在冰碛物样品上的应用研究,可有效弥补14C测年技术的碳源污染缺陷,且其测年上限更远[7],因此得到了国内外研究者的广泛应用。冰碛物的OSL年龄是指其最后一次被埋藏的年龄,只要在冰川作用过程中形成冰碛物,其被埋藏之后就可以开始计时,而冰碛物是冰川作用的直接产物,其存在可以指示冰川存在的可能性。冰碛物在冰进和冰退时都可以产生,并且无论冰进和冰退,冰川都是向前运动的：冰川向前运动时,侵蚀谷坡和谷底,产生的大量松散岩屑进入冰川体后随冰川运动方向搬运,形成冰碛物。冰进与冰退是冰川供给量与消融量之间相互消长产生的现象,而供给量和消融量均与气候变化密切相关。冷期时,冰川供给量大于消融量,冰碛物可能主要是由冰进产生;暖期时,冰川供给量小于消融量,冰碛物有可能是由冰川部分消融所导致的冰退产生。前人利用OSL技术研究得出阿尔泰山规模较大的冰川前进分别发生在末次冰期早冰阶、中冰阶、晚冰阶、全新世新冰期与小冰期[8,9,10,11]。然而,这些研究大都集中在中国境内阿尔泰山西段区域,东段区域由于自然条件较差、气候恶劣、沿坡常年有积雪,通行不便等原因[12],阿尔泰山东段的冰碛物年代学研究鲜有发现。本文试图通过对阿尔泰山东段区域冰碛物可靠的OSL年代学研究,以期更好地揭示整体阿尔泰山地区的冰川演化历史,同时,也将为中国西风区的气候变化研究提供更多的证据支持。
2 研究区概况、剖面特征和样品采集
2.1 研究区概况
阿尔泰山脉绵延约2000 km,西北—东南走向,最高峰友谊峰海拔4374 m。中国境内的阿尔泰山位于新疆西北边陲地带,第四纪冰川类型多样,共发育冰川260余条,面积约290 km2,储冰量约16.5 km3,现存一系列规模大小不等的冰碛物[13]。研究区位于新疆阿勒泰市东北方向约50 km处阿尔泰山东段（88°33′19.9″E~88°38′38.8″E,48°01′21.4″N ~48°07′04.3″N）（图1a）,海拔2269~3174 m,属中高山区。该区域冬季在强大的西伯利亚反气旋的影响下长达7~8个月,年平均气温-16 °C,气温年较差最高可达50 °C;在由西风环流携带的来自大西洋的水汽作用下,年降水量在600 mm以上,来自大西洋的水汽是该区域降水的主要来源[14,15]。气温与降水是冰川发育的必要条件,气温降低及丰富的降水量使得冰川累积量大于消融量,冰川前端向前运动,即发生冰川前进;反之亦然。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1研究区位置、采样点分布及采样剖面图注：图a、b、c来源于Google Earth。
-->Fig. 1The location of the study area, the distribution of sampling sites (a, b, c from Google Earth) and the sampling section
-->
2.2 剖面特征与样品采集
本文在阔克萨依和杜洛埃冰川谷共采集8个光释光样品（图1b、1c）,样品主要由砂和砾石组成,砾石直径为2~200 mm不等（图1d）。采样时,首先清理出剖面新鲜面,使原生冰碛物出露,避开粗大砾石,用直径5 cm的不锈钢管垂直打入采集光释光样品,用铝箔纸和黑色塑料袋密封,避免曝光和水分散失。3 光释光年龄测定
冰碛物的光释光测年是指将样品中的石英等碎屑颗粒经历最后一次曝光后被埋藏至今所接收并累积的辐射总量（等效剂量）除以其辐射累积速率（环境剂量率）,即为冰碛物的光释光年龄。3.1 样品前处理
首先,在暗室内去除钢管两端各2 cm左右可能曝光的样品用于进行环境剂量率和含水量的测定。钢管中间的剩余未曝光的样品先用10%盐酸和30%双氧水处理,去除碳酸盐和有机质,然后经纯水清洗后过筛,筛分出90~125 μm的部分,用氢氟酸浸泡40分钟左右去除长石,后用纯水清洗,再用10%的稀盐酸反应40分钟,以去除氢氟酸溶蚀过程中在石英表面形成的氟化物,清洗,烘干。最后,用红外释光检测石英纯度。用硅油将提纯的石英颗粒单层平铺于9.8 mm不锈钢样片中心直径约2 mm区域内,备测。3.2 环境剂量率（Dose-rate）的测定
样品的环境剂量率主要由其所处环境的U（铀）、Th（钍）、K（钾）含量,宇宙射线和含水量等决定。样品的U、Th、K含量是在北京原子能研究院用中子活化法测得的。含水量采用实测值,计算环境剂量率时考虑了宇宙射线的贡献[16]。同时,样品前期处理过程中氢氟酸溶蚀会导致样品粒径变小,依据溶蚀次数,对样品的粒径大小进行校正。环境剂量率结果如表1所示。Tab. 1
表1
表1阿尔泰山东段冰碛物样品OSL测年结果
Tab. 1OSL dating results for moraines in East Altay Mountains, Xinjiang
| 样品编号 | 深度(m) | 含水量(%) | U(ppm) | Th(ppm) | K(%) | 年剂量(Gy·ka-1) | 等效剂量(Gy) | OSL年龄(ka) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KKSY-1 | 0.5 | 3.25 | 2.93±0.11 | 10.50±0.29 | 2.01±0.06 | 3.51±0.08 | 56.34±7.41 | 16.07±1.41 |
| KKSY-2 | 0.5 | 10.77 | 3.00±0.11 | 10.80±0.30 | 1.98±0.06 | 3.16±0.07 | 105.91±12.85 | 32.33±4.16 |
| KKSY-3 | 0.3 | 8.94 | 2.80±0.11 | 10.30±0.29 | 1.92±0.06 | 3.19±0.08 | 28.28±1.77 | 8.41±0.60 |
| DLA-1 | 0.5 | 5.49 | 8.84±0.18 | 13.20±0.36 | 1.86±0.06 | 4.65±0.11 | 21.47±2.98 | 4.62±0.65 |
| DLA-2 | 0.5 | 6.50 | 3.27±0.12 | 11.60±0.32 | 1.84±0.06 | 3.38±0.08 | 27.28±2.16 | 8.07±0.67 |
| DLA-3 | 1.0 | 8.84 | 2.90±0.11 | 10.90±0.31 | 1.74±0.06 | 3.06±0.08 | 19.84±2.92 | 6.48±0.97 |
| DLA-4 | 1.2 | 16.40 | 2.80±0.11 | 12.00±0.34 | 1.69±0.06 | 2.77±0.07 | 18.38±1.33 | 6.63±0.51 |
| DLA-5 | 0.5 | 11.45 | 2.09±0.09 | 10.50±0.29 | 1.78±0.06 | 2.77±0.07 | 18.91±1.92 | 6.83±0.64 |
新窗口打开
3.3 等效剂量（De）的测定
De值的测定在陕西师范大学旅游与环境学院TL/OSL测年实验室完成。所用仪器为丹麦RisoeTL/OSL-DA-20型全自动释光仪,激发光源分别为红外发光（880±80 nm）和蓝光（470±30 nm）。人工β辐射源为90Sr/90Y源,活度为1.48Gq。释光信号经由7.5 mm厚的HoyaU-340滤光片进入EMI9235QB15光电倍增管内被探测并记录。De值采用单片再生剂量法（SAR）[17]测定,每个样品最少测试12个样片。3.3.1 等效剂量测试条件的确定 De值的准确测定需要预先选择合适的测试条件[18,19]。首先,为降低浅阱电子跃迁对测试结果的影响,需要进行预热坪区检验。选取代表性样品KKSY-3进行从180 ℃到300 ℃之间以20 ℃为间隔的预热坪区检验。在220 ℃~280 ℃之间,De值随温度的升高无显著变化,出现了一个明显的坪区（图2a）。因此,De值的测定可以在220 ℃~280 ℃之间选择任何一个温度进行。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2代表性样品KKSY-3预热坪区、剂量恢复及循环比实验
-->Fig. 2Preheat plateau plot, dose recovery and recycling ratio experiments of sample KKSY-3
-->
其次,剂量恢复试验能够进一步检验以上所选预热温度区间的合理性和可靠性。先将样品的自然释光信号完全晒退后辐照已知人工剂量,然后通过测试,将实测等效剂量与已知人工剂量进行对比,得到的剂量恢复系数（实测剂量与已知人工剂量之比）接近于1,则所选实验条件适合于样品等效剂量的测量。将代表性样品KKSY-3完全晒退后给其人工辐射剂量24.5 Gy,然后将实测剂量与人工辐射剂量进行对比,剂量恢复系数在 240 ℃~260 ℃之间时基本接近于1,而在220 ℃和280 ℃预热条件下恢复系数较差（图2b）。因此,可在240 ℃~260 ℃之间选择任何一个温度用于De值的测定。
此外,样品测试过程中进行的频繁的辐照、加热和晒退等会使石英的释光信号发生感量变化[18]。为解决这一问题,在测试过程中加入检验剂量（test-dose）来校正感量变化,并用不同预热温度下的循环比（recycling ratio）来监测石英感量变化的校正是否合理。本文绝大部分样品的循环比介于0.90~1.10之间（图2c）,表明测试过程中样品所产生的感量变化得到了较为理想的校正。
因此,综合以上实验条件分析并考虑误差的影响,选取Pre-heat 260 ℃、Cut-heat 220 ℃作为最终De值的测试条件。
3.3.2 光释光信号晒退程度分析 样品释光信号在最后一次被埋藏前被完全晒退或者达到可忽略的水平是获得可靠、准确的年代结果的必要前提[20]。从样品KKSY-3的释光信号生长曲线（图3a）可以看出,样品中石英的释光信号生长曲线良好,未达到饱和,确保内插得到De值的准确性;而其释光信号的衰减曲线（图3b）表明实验过程中该样品的天然释光信号在4 s左右才衰减至背景值,相比于风成黄土样品的衰退速率（一般在0.8 s内衰减至背景值）较慢[21]。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3样品KKSY-3释光信号的生长曲线和衰减曲线
-->Fig. 3OSL growth curve and decay curve of sample KKSY-3
-->
目前,众多****已经对亚洲、欧洲等地[22,23,24]冰碛物的进行了光释光测年,证实冰碛物的光释光信号存在被完全晒退的可能,并且也取得了一些较为可靠的年龄数据;但是,同样也有研究表明,冰碛物的光释光信号存在晒退不彻底的现象[25,26],释光信号的部分晒退会使得所测的De值偏大,进而导致年龄结果的高估。因此,本文通过以下两种方法相互印证,来分析样品在最后一次被埋藏前光释光信号的晒退程度。
第一种方法是Fuchs等[27]提出的利用De值的频率分布图来分析同一样品不同测片间De值的分布特征与沉积物晒退归零的关系,即如果样品释光信号被晒退归零或达到几乎可以忽略的水平,其De值的频率分布应呈正态分布。样品DLA-1的De值呈较集中的、对称的正态分布（图4a）,表明样品在最后一次被埋藏前晒退较彻底。而样品 KKSY-3的De值呈较宽的、不对称的偏态分布,且各测片间的De值分布较为分散（图4c）,表明样品在最后一次被埋藏前晒退不彻底。此外,Zhang等[28]认为如果样品的De值随校正后自然释光信号（Lx/Tx）的增大而增大,则说明样品释光信号晒退不彻底。从该样品DLA-1的De值与校正后自然释光信号相关关系图（图4b）可以看到,其De值随校正后自然释光信号强度的增大无明显变化,几乎都在20 Gy左右,表明该样品的释光信号晒退较彻底。而其他样品,如样品KKSY-3的De值随校正后自然释光信号强度均呈现出显著的线性相关关系（图4d）,表明该样品的释光信号晒退不彻底。经以上分析,除样品DLA-1外,其余6个样品均显示出与样品KKSY-3相似的释光特性,其释光信号在最后一次被埋藏前均未经历完全晒退。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图4样品DLA-1、KKSY-3的De值频率分布及De值与校正后自然释光信号相关关系组分分离后样品KKSY-3的De值的频率分布及De值与校正后自然释光信号相关关系注：图a、c、e中的曲线代表De值频率分布的趋势;图b、d、f中的直线代表De值随校正后自然释光信号的变化趋势。
-->Fig. 4Frequency distribution of De value and correlation between De and sensitivity-corrected natural OSL signal for sample DLA-1 and KKSY-3 Frequency distribution of De value and correlation between De and sensitivity-corrected natural OSL signal for sample KKSY-3 after component separation
-->
第二种方法是De（t）坪区法[29,30,31]。该方法认为：通常情况下,部分晒退样品的De值随着激发时间的延长会呈现出逐渐增加的趋势,而晒退彻底的样品则无明显的增加趋势,会出现一个“坪区”。在De值的测试过程中,第一个再生剂量（R1）是将信号完全晒退后给予的人工已知剂量,因此可以将其所产生的释光信号表征完全晒退样品的释光特征,把自然释光信号与其对比,确定自然样品是否存在部分晒退。积分区间选择0~0.3 s、0.3~0.9 s、0.9~1.7 s、1.7~2.7 s及2.7~4.1 s以获得De（t）坪区图（图5）。所有样品的R1所产生的释光信号对应的De值随激发时间的变化很小,几乎为一定值,形成一个坪区。而自然释光信号所产生的De（t）坪区的表现形式却不同：除样品DLA-1外,其余7个样品的自然释光信号所对应的De值随激发时间的变化显著增大,与R1所产生的De（t）坪区明显不同,表明样品在沉积前并未经历完全晒退;样品DLA-1的自然释光信号所对应的De值随激发时间的变化几乎不变,与R1所产生的De（t）坪区相似,表明该样品在沉积前晒退较好。因此,通过以上两种方法对于样品最后一次被埋藏前光释光信号的晒退程度分析得出,样品DLA-1晒退较好,其余样品均为部分晒退,拟采用光释光晒退曲线的成分分析方法来确定De值。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图5样品的De（t）坪区检验图
-->Fig. 5De (t) plots for all samples
-->
3.3.3 CW-OSL信号晒退曲线多组分拆分拟合 部分晒退样品De值的计算可以用光释光晒退曲线成分分析的方法,该方法已经被广泛运用[32,33],其主要依据快速组分的晒退速率大、能够在极短的时间内晒退至很低的信号水平,而中速、慢速组分则需要很长的晒退时间,因此可利用分离出的快速组分较准确计算出样品的等效剂量。持续激发的光释光 CW-OSL（Continuous Wave OSL, CW-OSL）信号晒退曲线多组分拆分拟合的前提是假设释光信号的电子跃迁遵循一级动力学公式,然后依据以下公式（1）[34,35],将CW-OSL曲线分离出快速、中速和慢速3种组分：
式中：Y是释光信号总量（即光子数）;a为背景值;n1、n2、n3分别为快速、中速、慢速组分捕获的电子总量;b1、b2、b3为3种组分相应的释光信号衰退率;t为激发时间。
对代表性样品KKSY-3的CW-OSL信号晒退曲线进行多指数拟合拆分,拟合出各个组分的信号晒退曲线和各自占总的信号的比重（图6）。样品KKSY-3释光信号的快速组分在0~0.32 s内占总的信号的比重约81.05%,在0.32~0.64 s之间占76.10%左右,在 0.64~6.08 s之间所占比重逐渐减小,到6.08 s之后信号值基本趋近于0;中速组分在0~0.32 s内占总的信号的比重约17.30%,在0.32~0.64 s之间占21.36%左右,在0.64~2.72 s之间比重递增,到2.72 s时比重达到最大值47.85%,之后比重递减;慢速组分在0~0.32 s内所占比重约1.65%,在0.32~0.64 s之间占2.54%左右,在0.64~10.08 s之间所占比重逐渐增大,到10.08 s之后信号值基本趋近于1。可以确定,在前0.64 s内该样品的释光信号基本上被快速组分和中速组分所占据。而样品DLA-1的快速组分在0~0.32 s内占总的信号的比重约82.2%,在0.32~0.64 s之间占73.58%左右,在0.64~4.16 s之间所占比重逐渐减小,到4.16 s之后信号值基本趋近于0;中速组分在0~0.32 s内占总的信号的比重约 1.26%,在0.32~0.64 s之间占1.94%左右,在0.64~4.16 s之间所占比重有所增加,在 4.16 s时达到最大值9.04%,之后比重递减;慢速组分在0~0.32 s内占总的信号的比重约16.54%,在0.32~0.64 s之间占24.49%左右,在0.64~4.16 s之间所占比重不断增加,4.16 s时比重为90.5%,之后信号值基本趋近于1。可以确定,在前0.64 s内该样品的释光信号以快速组分和慢速组分为主。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图6样品KKSY-3和DLA-1的CW-OSL曲线及快速、中速和慢速组分的相对含量
-->Fig. 6The CW-OSL curve and the relative contributions of fast, medium and slow components for sample KKSY-3 and DLA-1
-->
综上,在将所有样品的CW-OSL信号晒退曲线都进行多组分拆分拟合后,采用每个样品的快速组分信号积分区间用于计算每个样品的最终De值。样品DLA-1的信号积分时间区间选择0~0.64 s减去0.8~1.44 s;对于与样品KKSY-3释光信号组分特性类似的其他样品,其信号积分时间区间选择0~0.32 s减去0.48~0.8 s。图4e为样品KKSY-3利用分离出的快速组分确定的De值的频率分布图,De值呈较为集中、对称的分布,虽不是完全的正态分布,但其偏态系数已经由组分分离之前的1.65减小到0.93,峰值由原来的35 Gy左右减小到25 Gy左右;而且,从De值与校正后自然释光信号相关关系图（图4f）也可以看到,其De值虽仍然随校正后自然释光信号强度的增大而有所增大,但增长的幅度显然已经比分离组分之前减小了很多,所拟合直线的斜率由原来的33.56减小到21.57,说明对于部分晒退采用光释光晒退曲线成分分析的方法来确定De值是可行的。故样品De值取在前文所获得的合适的测试条件下循环比在0.9~1.1之间的各样片的平均值（表1）。
4 数据结果
根据最终确定的各样品的等效剂量和环境剂量率,利用AGE 2003计算软件获得所有样品的光释光年龄（表1）。结果表明,阔克萨依的3个冰碛物的年代结果分别为16.07±1.41 ka、32.33±4.16 ka和8.41±0.60 ka;杜洛埃冰川谷的5个冰碛物的年代结果分别为4.62±0.65 ka、8.07±0.67 ka、6.48±0.97 ka、6.63±0.51 ka、6.83±0.64 ka。可以看出,8个样品的年代值可大致划分为：32 ka左右、16 ka左右、8~8.4 ka、6.4~6.8 ka及 4 ka左右等5个时段,分别对应MIS3阶段、MIS2阶段、8.2 ka左右、全新世大暖期和新冰期。5 讨论
冰川的前进与后退是第四纪冰期与间冰期气候变化的反映,冰期时,在累积量大于消融量的背景下,冰川前进;相反,间冰期时,由于消融量大于累积量,冰川后退。在冰川作用过程中形成的冰碛物记录了第四纪气候变化的重要信息,是研究古冰川和恢复古地理环境的重要依据,对其进行测年能够为研究区古冰川活动历史提供可靠的证据。根据在阿尔泰山东段所获得的冰碛物OSL测年结果,结合阿尔泰山西段已有测年结果[6, 8-13, 36-37]及周边地区气候环境的变化过程,对比发现（表2）,本文所得测年结果与西段测年结果具有较好的一致性,故认为32 ka BP以来阿尔泰山地区至少发生过5次冰川事件。Tab. 2
表2
表2阿尔泰山西段与东段冰川事件发生年代对比
Tab. 2Age of glacial events in west and east sections of Altay Mountains
| 研究 地点 | 小冰期 | 新冰期 | 全新世 大暖期 | 8.2 ka | 末次冰期 | 倒数第二次冰期 (MIS 6) | (MIS 8/10) | 布尔津 冰期 (MIS 12) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 晚冰阶 (MIS 2) | 中冰阶(MIS 3) | 早冰阶(MIS4) | ||||||||
| 阿尔泰山西段 | 文献[6] | 4040± 80 a[6] | 文献[6] | 文献[6] | 文献[37] | 文献[6] | ||||
| 文献 [10-11] | 4900± 4200 a[36] | 29.2±2.0 ka 16.1±1.5 ka[10,11] | 34.4±4.2 ka 38.1±4.5 ka 49.9± 5.4 ka[8,9] | 文献 [10-11] | 125±12 ka 156±15 ka[8,9] | 文献[37] | ||||
| 文献[10,11] | 28.0±3.3 ka[8,9] | 文献 [10-11] | 76±16ka[37] | 219±44 ka 196±36 ka 81±18 ka[37] | ||||||
| 28±4 ka[37] | ||||||||||
| 阿尔泰山东段 | 4.62±0.65 ka (本文) | 6.48±0.97 ka 6.63±0.51 ka 6.83±0.64 ka (本文) | 8.07± 0.67 ka 8.41± 0.60 ka (本文) | 16.07±1.41 ka (本文) | 32.33±4.16 ka (本文) | |||||
新窗口打开
Bond G等[38,39]根据北大西洋深海沉积序列与格陵兰冰芯中δ18O含量变化的一致性指出深海氧同位素阶段MIS3大致介于60~32 ka BP之间。阔克萨依的冰碛物的年龄是32.33 ka,属于MIS3阶段。该阶段全球气温稍高于末次冰期早冰阶（MIS4）和晚冰阶（MIS2）,这一时期中国西北地区处于末次冰期的气候转暖时期,由冰芯中δ18O值所折算出的气温和降水甚至高于现代[40,41]。此外,从位于阿尔泰山东南方向的雅布赖山的植物孢粉资料来看,该时期森林与荒漠草原的界限明显向北、向西移动[42];从位于天山以北地区的玛纳斯湖、巴里坤湖等许多湖泊的钻孔资料及测年记录同样表明,这些湖泊在这一时期均呈现湖面扩张、水位较高、盐度较低的特征[43,44],这说明阿尔泰山地区在32.33 ka前后气候较为温暖湿润;尽管高湖面事件出现的时间框架目前还存在着许多分歧和争议：一种观点认为高湖面事件发生在MIS3阶段（40~25 ka之间）[45,46],第二种观点认为MIS3阶段并没有发现高湖面事件,而是出现在MIS5阶段[47],还有一种观点认为高湖面事件在MIS3阶段和MIS5阶段都出现过[48],但是在MIS3阶段仍然存在高湖面的可能性;而且,深海氧同位素、黄土和冰芯也都支持MIS3阶段气候暖湿的这一观点[40-41, 49]。阔克萨依冰碛物形成于气候较暖的MIS3阶段,由于冰川供给量小于消融量,在冰川后退的过程中,冰川所挟带和搬运的碎屑物形成大量冰碛物。即使是在现代全球变暖的气候背景之下,阿尔泰山仍然存在260多条现代冰川,从一个侧面说明研究区在MIS3阶段也有冰川存在的可能。
5.2 MIS2阶段
阔克萨依的冰碛物的年龄16.07 ka对应于MIS2阶段（28~11 ka）[37,38]。在此期间,60°N附近的强盛西风南移到40°N附近并有所加强[50],使得中国西风带控制区降水增加。新疆罗布泊地区罗北洼地CK-2钻孔的孢粉记录[51]揭示出该区在MIS2阶段气候寒冷湿润;对哈萨克斯坦及新疆伊犁地区的黄土剖面的研究发现,此阶段中亚地区气候寒冷湿润[52];此外,西部地区如死海、里海、咸海、巴尔喀什湖等众多湖泊也表现出高湖面与水质淡化的特征[50, 52]。阿尔泰山地区上空处于盛行西风控制之下,其冰川发育所需的水汽主要依赖于西风环流,在MIS 2阶段气候寒冷的情况下,降水的增加为冰川前进提供了条件。同样,Xu等[8,9]对喀纳斯湖区域的一列冰碛垄的研究也认为,MIS2阶段阿尔泰山的确发生过一次规模较大的冰进。5.3 8.2 ka左右
阿尔泰山地区两个冰碛物的释光年龄（8.0 ka和8.4 ka）与“8.2 ka冷事件”发生的时间相对应。Alley等[53]对的大量古气候与古环境资料研究表明,全新世期间发生过几次冷事件,“8.2 ka冷事件”是冰后期强度较大的一次全球性冷事件[54]。中国西北地区的艾比湖、罗布泊、博斯腾湖等湖泊记录[55]显示出8.2 ka前后出现了一个冷期;从早全新世古里雅冰芯、格林兰GISP2冰芯、南极洲Taylor Dome冰芯的δ18O变化曲线[56]也反映出,8.4~8.0 ka是一个非常明显的寒冷时期。此外,国内外****在爱尔兰、中国的古里雅冰帽地区和稻城冰帽地区[57]等地进行的研究均发现了与此相类似的8.2 ka左右的冰川前进事件。由此,结合相邻区域的测年结果及内外多种气候特征研究,认为阿尔泰山地区在8.2 ka左右冰川累积量大于消融量的背景下,冰川发生前进运动。5.4 全新世大暖期
对于冰芯、黄土、植物孢粉、古湖泊水位变化、海平面高度变化[38-39, 58-59]等气候代用指标的大量研究均揭示出,在全新世大暖期（7.2~6 ka）[60],西北地区温度比现代高出 3 ℃~4 ℃,植被带明显西迁,具体表现为草原的扩展和荒漠的缩小。新疆北部地区的古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠及库姆塔格沙漠等的研究发现,这些沙地在全新世大暖期普遍发育含有植物根系的砂质古土壤,反映出该地区温暖湿润的气候特点[61,62]。有孢粉资料也表明在6 ka BP左右,青海湖地区的降水量高于现代降水量15%~20%[63]。杜洛埃冰川谷的冰碛物释光年龄在6.8~6.4 ka之间,对应全新世大暖期,这些冰碛物很有可能是在冰川消融量增大条件下产生的冰川后退过程中形成的。然而也有资料表明,在全新世大暖期期间曾发生过几次时间短促的冷暖波动,而且在总结已有研究后发现,在阿尔泰山西段并没有6 ka BP左右的冷事件,但也不排除在阿尔泰山东段发生过区域性气候变冷,在秦岭太白山也发现这一气候变冷事件的存在[64];也有可能是因为暖期降水增加,而阿尔泰山地区处于高海拔区,降水在此以降雪的形式表现,增加了冰川的补给量,从而产生冰进。具体结果有待进一步工作验证。5.5 新冰期
易朝路等[65]根据先前的测年数据对中国第四纪冰期数值年代进行了初步划分之后,赵井东等[66]认为新冰期（距今4000~3000年前）全球大范围降温,冰川消融减弱。此外冰川学家也提出了许多关于当时中纬度山地雪线下降和冰川前进的证据。冰碛物DLA-1的年龄结果（4.6 ka）对应新冰期,阿尔泰地区在这一时期很有可能由于气候变冷,冰川累积量增大,发生了较大规模的冰川前进。结合新疆喀纳斯流域已有的测年结果及古气候资料,江合理等[10,11]认为该区域在距今约4000~3000年间发生过一次冰川前进;伍永秋等[57, 67-68]在对西昆仑山地区进行系统的考察研究和冰碛物测年分析后,认为昆仑山垭口地新冰期的冰碛物广泛分布于每条冰川末端,该区域在气候变冷的新冰期发生过明显的冰川前进;对祁连山地区摆浪河U型谷中的一套冰川沉积进行测年,同样表明祁连山地区在新冰期的确发生过一次规模较大的古冰川前进运动[69,70];西藏自治区察隅县的阿扎冰川在新冰期（约2980±150年前）存在森林毁灭现象,也证明了该时期发生过冰川前进[71]。此外,Bond等[38,39]通过分析北大西洋深海沉积物中的火山玻璃、染赤铁矿等浮冰碎屑所显示出的IRD峰值及浮游有孔虫的含量等指标,认为发生在4.2 ka BP左右的全新世事件3是一次影响较广的冷事件;周亚利等[72]根据所测得的浑善达克沙地砂层的OSL年龄（4.04±0.22 ka BP）指出该地在全新世发生过一次短时间的沙地活化事件,期间气候干冷;安成邦等[73]通过对甘肃中部黄土剖面的孢粉、粒度及有机质含量的分析,结合AMS14C年代分析结果发现,在距今4000年前后气候迅速干凉化。综合国内外多种指标结果表明,阿尔泰山地区在4.6 ka前后,确证存在冰川前进。6 结论
本文通过对阿尔泰山东段冰川地貌进行详细考察与采样的基础上,运用光释光测年技术并结合光释光晒退曲线成分分析的方法对冰碛物进行了有效定年,综合前人的研究资料探讨了32 ka以来阿尔泰山地区冰川作用史。根据阿尔泰山东段区域的阔克萨依和杜洛埃冰川谷的8个冰碛物样品的光释光测年结果,确认了距今32 ka以来该区域在以下5个时段有冰川发育：MIS3阶段、MIS2阶段、8.2 ka左右、全新世大暖期及新冰期,气候变化直接影响冰川的发育。致谢：在此对郭永强和张文桐在实验测试中给予的大力指导和热情帮助表示诚挚的谢意。
The authors have declared that no competing interests exist.
