Geophysical Research Letters:晚上新世额尔齐斯河的演化:初探亚洲形变下西伯利亚河流的形成及其对北极海冰扩张的影响

晚上新世以来,北极海冰迅速扩张,引发洋面反射率、热盐循环、海水温度等一系列因素的改变;这些改变形成正反馈,推动着北极冰盖的进一步扩张,并影响着全球气候的变化。然而,对于北极海冰扩张的原因,众说纷纭,至今尚无定论。中国地震局地质研究所马严副研究员团队,就此科学问题曾邀请中国地质科学院地质力学研究所赵越研究员进行详细讲解。

发源于亚洲中部的西伯利亚河流,为北冰洋提供了超过80%的淡水注入量,其中,仅叶尼塞河(620 km3/a)、勒拿河(525 km3/a)和鄂毕河(429 km3/a)三大河,就占北冰洋年淡水流量的50%以上(图1)。因此,科学家猜测,西伯利亚河流淡水的涌入,是破坏海水垂直稳定性、加强垂直环流的分层、降低表层水盐度、促进洋面海冰形成并快速扩张的最主要原因。因此,西伯利亚河流的形成时间,成为验证这一假说最重要的参数。而源于阿尔泰山的额尔齐斯河是鄂毕河的最大支流,在我国新疆省北部的准噶尔盆地内发育,向西北流经哈沙克斯坦,在俄罗斯境内汇入鄂毕河,全长4282公里,流域面积1.6×106平方公里,是我国唯一一条西伯利亚-北极河流(图2)。

在中国地质科学院地质力学研究所赵越研究员的指导下,实验室马严副研究员团队以额尔齐斯河的演化为切入点,通过对准噶尔盆地残留湖相地层的分布和上新世河流相沉积物的综合宇宙成因核素年代学研究 (26Al/10Be和21Ne),将额尔齐斯在准噶尔盆地发育为外流河的时间限定在约2.8 Ma(图3),与北极海冰迅速扩张的起始时间吻合,揭示西伯利亚河流对北极海冰扩张及全球气候变化的重要影响。作为一条主要西伯利亚河流,额尔齐斯河的形成时间,为西伯利亚河流大型重组形成北冰洋河流的时间提供同位素年代学证据;同时,结合晚第三纪亚洲中部蒙古高原、阿尔泰山及戈壁阿尔泰山隆升历史(图2),额尔齐斯河的演化,也展现了亚洲形变下西伯利亚河流演化所产生的重要气候效应,完美诠释了“构造—地貌—气候”之间的相互作用关系。

以上成果发表于著名国际地学杂志Geophysical Research Letters (GRL): Yan Ma, Dewen Zheng, Huiping Zhang, Jianzhang Pang, Weitao Wang, Yizhou Wang, Ying Wu, Huaiyu He, Finlay M. Stuart, and Sheng Xu. 2021. Plio-Pleistocene establishemtn of Irtysh River in Junggar, Northwest China: Implications for Siberian-Arctic river system evolution and resulting climate impact. Geophysical Research Letters. 48(12), e2021GL093217.  DOI:10.1029/2021GL093217


图1. 环北冰洋水系分布图及主要北冰洋河流年径流量(Stein, 2000),图片修改自Groisman Y.P.等人在美国国家海洋和大气数据中心的报告。


图2. 中亚地区地貌及三大西伯利亚河流。研究区域(准噶尔盆地)为白色方框范围所示。WSP:西西伯利亚平原地区;CSP:中西伯利亚高原地区。西西伯利亚平原沉积地层序列基于钻井沉积物磁性地层学研究(Volkova, 2011 and references therein). 1De Grave and van den Haute (2002);2Xu et al. (2015);3Vassallo et al. (2007);4Jolivet et al. (2009)。


图3.准噶尔盆地北部上新世河湖相沉积地层分布及宇宙成因核素年代学年龄结果。基于湖相地层分布的早上新世准噶尔古湖范围示意于e图。