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国家自然科学基金委员会建委二十周年
   
侵蚀和沉积速率对气候变化的响应
作者:中国地震局地质研究所 张培震 发表时间:2006-5-22

  在国家杰出青年科学基金的支持下,中国地震局张培震与美国同行一起对构造、气候和沉积之间的相互作用进行了研究。研究结果于2001年4月19日 在Nature上以Article的方式正式发表,并被列为该期的亮点(high light)文章。题目为"Increased sedimentation rates and grain sizes 2-4 Myr ago due to the influence of climate change on erosion rates"。中国国家自然科学基金委员会是唯一标注的资助单位。

  传统大地构造学和新构造学都把"磨拉石"建造作为识别构造运动的指示计。上新世-第四纪(2-4百万年)期间在青藏高原周边形成的"磨拉石"建造被认为是青藏高原加速隆升的产物。"磨拉石"建造实际上反映了沉积或侵蚀速率的增加,但引起速率增加的原因既可是构造隆升也可是气候变化。全球沉积速率的调查表明2-4个百万年以来全球各主要盆地(包括海洋盆地)的沉积速率都发生了突然的增加,这种增加既发生在构造活动地区,也发生在构造不活动地区。显然,这种同步现象不可能用全球性的构造运动或全球隆升来解释。全球性的气候变化是产生这种全球沉积速率同步增加的最直接原因,但关键的问题是气候变化中的哪些关键因素导致了全球沉积速率同步增加。

  由于2-4个百万年正好是全球性气候由温暖潮湿向寒冷干燥的转型时期,特别是冰川作用也是在这一时段内发生的,所以一旦涉及气候变化对山体侵蚀速率或盆地沉积速率的影响,人们往往用冰川作用引起的海平面降低所导致的侵蚀基准面下降而解释。但青藏高原北缘和塔里木盆地周边盆地都是远离海洋的内陆封闭盆地,是海平面降低所导致的侵蚀基准面下降所影响不到的地方,所以冰期导致的海平面降低无法解释中亚地区的侵蚀速率增加。

  虽然沉积速率增加在时间上与冰川的出现同步,但冰川作用所引起的侵蚀速率的增加可能只发生在(或主要发生在)高纬度地区。赤道地区侵蚀速率的增加不可能是冰川作用的结果。澳大利亚北部和南美洲北部等靠近赤道附近第四纪期间沉积速率的增加显然与冰川作用无关。

  如果气候转型和冰川作用不能解释2-4百万年开始的沉积速率的增加,那么气候变化是怎样或气候变化的哪一方面导致了这一增加呢?气候从2-4百万年以前的相对稳定状态变化为高频率、大幅度动荡状态,正是这种状态的变化导致了全球性侵蚀速率及沉积速率的增加。例如,在振荡气候的一种状态下(例如冷干),化学风化、冰缘碎裂和其它剥蚀作用造成岩石的破碎,而在另外一种状态下(例如温湿),流水将很容易将已破碎的岩石搬运到冲积盆地,从而造成沉积速率的增加。不同状态间的快速循环变化使得2-4百万年以来的侵蚀和沉积速率一直保持高速率,形成了青藏高原周边巨厚的上新世-第四纪"磨拉石"建造。所以,不同地区、不同时代"磨拉石"建造的成因是不同的,"磨拉石"建造不能简单地作为构造隆升的指示计。

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