第四紀冰凍圈——全球變化長尺度研究
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第四紀冰凍圈與巖石圈運動
冰凍圈與巖石圈有密切的互動關(guān)系。地質(zhì)歷史上的大冰期均與海陸板塊分布格局存在耦合。第四紀期間，全球大陸板塊分布格局雖無較大的變化，但新構(gòu)造運動活躍區(qū)域，數(shù)千米的垂直抬升量則足以改變水熱環(huán)流，從而對冰凍圈產(chǎn)生重大影響和響應(yīng)。研究表明，歐洲阿爾卑斯山于新近紀已達海拔?2?500—3?000?m。距今?3.5?Ma?開始，部分較高的山地開始發(fā)育冰川。至?MPT，阿爾卑斯山大范圍進入冰凍圈并開始發(fā)育冰蓋。在南美安第斯山中部，古植物證據(jù)顯示?20?Ma?前時，平均海拔高度不足現(xiàn)代（3?700?m）的?1/3，自距今?12—9?Ma?至今，平均抬升幅度為?1705±695?m。在山地抬升的同時，氣候也在逐漸變冷，兩者的耦合導(dǎo)致了距今?7.0—4.6?Ma?巴塔哥尼亞地區(qū)發(fā)生冰川作用。至距今?1.2?Ma，巴塔哥尼亞地區(qū)形成了更新世最大的冰帽。隨著氣候的進一步變冷和山脈的逐漸抬升，安第斯山中低緯度地區(qū)也依次進入冰凍圈而發(fā)育冰川。安第斯山北部進入冰凍圈發(fā)育冰川的時間則要晚很多，最大范圍的冰川作用出現(xiàn)在?MIS8—MIS6。
研究表明青藏高原在上新世處于準平原狀態(tài)，大致海拔?1?000?m。距今?3.6?Ma?的上新世晚期發(fā)生“青藏運動”，開始新一輪隆升。經(jīng)過?A、B、C?3?幕抬升和昆黃運動，在距今約?0.8?Ma，高原面達到?3?000?m?以上，高原殘山和周邊的山脈達到更高的高度，于?MPT?發(fā)生較大規(guī)模的冰川作用，標志著此時高原進入了冰凍圈。此后繼續(xù)上升，每到冰期，冰川擴展，間冰期，冰川退縮。尤其是經(jīng)過“共和運動”，高原逐漸接近現(xiàn)在的高度；即使到了間冰期，仍然能夠殘留大量的山地冰川，成為地球上低緯度冰凍圈的主體?，F(xiàn)已確定，青藏高原在更新世發(fā)生了希夏邦馬冰期、昆侖冰期、中梁贛冰期、古鄉(xiāng)冰期和大理冰期。這?5?次冰川作用期分別對應(yīng)于?MIS22、MIS16、MIS12、MIS6?和?MIS4—MIS2。高原山地冰川對全新世新冰期、小冰期也有積極響應(yīng)。
青藏高原隆升對冰凍圈有反饋作用。有學(xué)者認為，青藏高原抬升引起化學(xué)風(fēng)化加強，消耗大氣中的?CO2，發(fā)生“冰室效應(yīng)”而使氣候變冷，距今?2.6?Ma?北半球大冰蓋啟動很可能與此有關(guān)。也有學(xué)者推測，昆黃運動使青藏高原上升到?3?000?m?以上高度，不排除導(dǎo)致?MPT?事件可能性。這些大膽的推論，尚需要進一步探討。但是，這的確說明了第四紀冰凍圈與青藏高原隆升之間可能存在的聯(lián)系。顯而易見的是，青藏高原隆升造就了中國三級階梯的大地貌格局和世界上最強大的亞洲季風(fēng)氣候系統(tǒng)，表現(xiàn)出最典型的三向地帶性，形成中國三大自然區(qū)域，深刻影響了中國乃至整個亞洲的氣候環(huán)境。
冰凍圈與巖石圈之間的互動還反應(yīng)在地殼均衡構(gòu)造方面。冰蓋足夠強大時，導(dǎo)致地殼下沉，退縮后引起地殼回升。例如，在更新世冰川作用最盛時，勞倫泰冰蓋中心區(qū)的均衡下沉幅度可能超過了?900?m。冰期之后大冰蓋區(qū)普遍出現(xiàn)反彈抬升。例如，北美曾抬升?300?m?左右，芬諾斯坎底亞抬升?307?m。在哈德遜灣的東南角，全新世期間的平均抬升速率超過了?30?m?·?ka-1，現(xiàn)在仍然有?13?m?·?ka-1。全新世早期的抬升速率應(yīng)該遠超過?30?m?·?ka-1。