元素记录的晚更新世以来达则错流域环境演变

元素记录的晚更新世以来达则错流域环境演变

曹一凡

河北地质大学，河北省石家庄市，050000

摘 要：本研究对达则错钻孔岩芯进行元素地球化学指标分析，重建了自晚更新世以来达则错流域的环境演变。将达则错沉积记录与季风区湖泊沉积记录进行对比，探讨了自晚更新世以来达则错流域环境变化趋势及其可能的驱动机制。达则错沉积物XRF岩芯扫描的多元统计分析结果表明：来自陆源碎屑矿物的Al、Si、Ti、Mn、Fe、Rb、Zr元素与湖内碳酸盐沉淀的Ca、Sr元素呈负相关，可用来指示流域降水造成的地表径流输入的变化。并通过与江错和青海湖进行对比，进一步验证达则错元素记录的19000aBP以来的气候环境变化。

关键词：达则错；XRF岩芯扫描分析；环境变化

0 引言

青藏高原众多湖泊构成了地球上最大的高山湖泊群。一些湖泊主要由冰川融水供水，另一些则由降水和地下水供水。青藏高原因其地理位置和地形地貌特征，对气候变化反应非常灵敏，这里为数众多的湖泊是古气候信息记录的良好载体。本文选取青藏高原一个非冰川湖泊达则错作为研究对象，通过过去1.9万年来达则错沉积物岩芯中XRF数据，来调查过去此地区水文、气候和环境的变化。研究目标是：（1）推断出此地区的过去的环境变化，（2）确定影响集水水文学的主要因素。

1 区域概况及样品处理

达则错是青藏高原中部的一个小湖，海拔4450m，位于尼玛县以东25公里。该湖的面积为245平方千米，流域面积为10885平方千米，最大水深38米。该湖的水文主要由降水和波仓藏布河提供，结冰期为11月至次年4月（王明达等,2014）。湖以东的多条古海岸线表明过去水文发生了巨大的变化。

达则错湖泊钻孔DCZ-2014-1岩芯样品使用UWITEC湖泊岩芯钻探取样平台，总共钻取获得沉积物岩芯884cm。通过XRF分析对化学元素进行半定量检测，对同一样品中Fe、Al、Si、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Rb、Sr、Zr、Ba、S、Cl、Sn、Nd等元素的XRF连续扫描测试对比，并通过SPSS对数据进行皮尔逊相关性分析、R型聚类分析、因子分析。

2 结果与讨论

2.1 元素含量变化

在达则错岩芯中，Fe、Si、K、Al、Mn、Ti、Rb、Ba、Zr这些元素显示相似的变化趋势。而Ca和Sr在19400年前的变化趋势也相似。具体来说：Fe、Si、K、Al、Mn、Ti、Rb、Ba、Zr浓度在19400-12000年前相对较高，这些元素来自外源碎屑矿物，暗示湖泊在这一时期受到了高强度的外源输入影响，可能由流域降水引起。在12000-5000年前，这些元素浓度下降，表明流域输入减少，自5000年前开始逐渐上升。相反，Ca和Sr浓度在19400-12000年前相对较低，然后在12000-5000年前升高，之后再次下降。S和Cl的浓度变化没有明显趋势。

Ti的变化趋势有两种可能的解释：较高的Ti值可能表示流域径流增强（湿润条件），或者风成沉积增强（干燥条件）。晚更新世时期的较高Ti浓度可能反映了流域径流增加，而全新世早期到中期的较低Ti浓度可能反映了流域径流减少。因此，需要更多的证据来确定这两种解释中的哪一种更为合理。

Ca/（Al、Ti、Fe）比值通常用来反映自生碳酸盐岩沉积，而Rb/Sr比值的变化被认为反映了化学风化的强度。在晚更新世时期，较高的Rb/Sr值可能反映了湖泊流域内的化学风化强度增加，而在全新世早期至中期，较低的Rb/Sr值可能反映了化学风化减弱。达则错的Ca/（Al、Ti、Fe）变化趋势与Rb/Sr的变化趋势相反。

使用SPSS软件对达则错XRF岩芯扫描得到的主要元素（Fe、Al、Si、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Rb、Sr、Zr、Ba、S、Cl、Sn、Nd）进行聚类分析，得到了R型聚类图（3）。聚类结果表明S、Cl聚为一类，可能为酸性元素。第一类主要为Rb、Zr、Al、Si、Fe、Ti、K、Mn、Ba、Cr等碎屑元素，主要为径流输入的外源碎屑。第二类为Ca和Sr这类可溶性盐的沉积元素与湖底沉积物中碳酸盐沉积作用有关，由Sr和Ca元素的变化或许可以恢复湖泊历史水位变化。

这些发现提供了关于达则错湖泊沉积物中元素浓度和化学风化过程的有用信息，同时也为该地区的气候演变提供了支持。

2.2 相关性分析

在相关性分析及因子分子中，元素之间的高相关性说明两者间具有极为相似的来源，表现在相关性矩阵里就是相关系数的大小。在达则错XRF岩芯扫描的沉积物中元素Al、Si、K、Ti、Mn、Fe、Rb和Zr的相关系数为正值，表明它们彼此之间都具有很好的正相关关系。除Si元素以外，其他元素任意两者的相关系数均在0.6以上，其中Ti、Fe和Zr三者之间、Al和Si之间、Rb和Zr之间、K分别与Ti、Fe、Rb、Zr之间的相关系数都高达0.6以上。Al、Si、K、Ti、Mn、Fe、Rb和Zr元素的高相关性反映这组元素极有可能来自于同一类相对稳定的物源输入。而沉积物中的Ca元素和Sr元素与其他常量元素的相关系数均为负值，且二者之间具有很强的相关性，说明达则错沉积物中的Ca和Sr元素可能同属一源。

3 环境演变探讨

达则错和江错的元素浓度变化与青海省的Rb/Sr比值表现出相似的趋势。这两个湖泊在过去19000年中经历了暖湿-干冷-暖湿的气候变化。

第一阶段（19000-12000aBP）：这一时期的特征是成岩元素浓度较高，表明此地区的径流增加，湖泊水相对新鲜，而且化学风化较强，环境潮湿，气候温暖。

第二阶段（12000-5000aBP）：外源输入相对较低，径流减少，湖泊环境有利于自生碳酸盐岩沉积，湖泊水体盐度较高，环境较为干燥，温度较低。

第三阶段（5000aBP-现在）：在此阶段，达则错的外源输入物质浓度逐渐增加，径流略有增加，湖水发生了变化，湖泊环境相对潮湿，气候温暖。这些变化可能受到青藏高原地区季风和西风环流的交互影响。

4 结论

对达则错沉积物的XRF岩芯扫描结果讨论分析得到以下结论：代表碎屑矿物的Ti、Mn、Fe、Rb、Zr 元素和湖内碳酸盐沉淀的Ca、Sr元素对湖泊沉积物元素含量变化的贡献大，二者呈负相关关系，这组元素含量指示地表侵蚀程度，可能主要受到流域降水量的影响。结合岩芯中的元素浓度、Rb/Sr和Ca/（Al、Ti、Fe）比值表明在晚更新世，相对较高的元素浓度，较低的Ca/（Al、Ti、Fe）和Rb/Sr比值，表明流域径流增加。在全新世早期至中期，较低的元素浓度、Ca/（Al、Ti、Fe）、Rb/Sr，表明流域径流量降低。在全新世晚期，达则错湖泊的流域径流略有增加。

研究结果与该地区其他湖泊的研究结果一致。为本研究关于青藏高原气候演变提供了支持。

参考文献

[1]王明达, 侯居峙, 类延斌. 青藏高原不同类型湖泊温度季节性变化及其分类[J]. 科学通报, 2014, 59(31): 3095-3103.

[2]Juzhi Hou, Qian Tian, Jie Liang, Mingda Wang, Yue He.  Climatic implications of hydrologic changes in two lake catchments on the central Tibetan Plateau since the last glacial[J].  Journal of Paleolimnology, 2017, 58(2).

[3]李秀美, 侯居峙, 王明达, 徐磊. 青藏高原达则错近1000年来生态系统变化及可能机制[J]. 湖泊科学, 2021, 33(04): 1276-1288.

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