第四纪冰川

第四纪冰川

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2023年3月20日发(作者：清华大学博士后)

青藏高原第四纪冰川的宇宙核素暴露年龄

首次测定及意义

赵志中¨吴锡浩１’∞田国强¨

Ｓ．Ｔｓｃｈｕｄｉ３’４’Ｊ．Ｓｃｈａｆｅｒ¨Ｓ．Ｉｖｙ．０ｃｋｓ４＇”Ｐ．Ｗ．Ｋｕｂｉｋ∞Ｃ．ＳｃｈｌｉｉＣｈｔｅｒ３’

１）中国地质科学院地质力学研究所，北京，１０００８１；

２）中国科学院黄土与第四纪地质国

家重点实验室，西安，７１００５４；３）瑞士伯尔尼大学地质学院，伯尔尼；４）瑞士联邦理工

大学同位素地球化学研究所，苏黎世｝５）瑞士联邦理工大学中能物理研究所，苏黎世

内毫摄姜第四纪冰川研究是开展过去全球变化研究的重要内容，冰碛物绝对年代学一直是古

冰川学研究的难点和热点。近年发展井成熟起来的就地成周的宇宙棱素（”Ｂｅ、“Ａ１）暴露年龄测定方法

为冰川年代学研究带来了曙光。我们对青囊高原东部理塘地区第四纪珠硪物进行了”Ｂｅ、”Ａｌ和２‘Ｎｅ暴

露年龄测定，首次获得了青藏高原的第四纪冰川校素年繁。该区冰碛物为末攻球期的扩张型山谷冰门ｌ堆

积．证明在末砍珠期时该区不可能发育大冰盖．

美■嗣青簟高原第四纪冰川宇宙棱素”Ｂｅ和ＵＡＩ暴露年龄

古冰川事件是第四纪时期气候波动的最直接地质证据，也是研究过去全球变化的重要内

容。然而第四纪冰ＪｉＩ发育的时空分布一直未得以很好解决，阻碍着古冰川学研究的发展，使得

第四纪冰ＪｉＩ研究逊色于太洋沉积及其它太陆沉积（如黄土）的研究。最近的研究（刘东生等，

１９９９）又将人们的注意力带回到第四纪冰期研究上来，在更高层次和新的角度上重新理解第四

纪冰川发生和发展的时代即将到来。一般来说，冰碛物为古气候突变的沉积记录，不同时段的

冰碛物直接反映了古气候恶化的阶段性特征，因此第四纪冰期的研究理应成为第四纪气候环

境变化的核心研究内容。由此。冰碛物年代学问题成为人们关注的焦点。冰碛物为非连续沉积，

不适于用现有成熟测年法进行断代研究，地质地貌特征对比成为冰碛物年代讨论的主要方法，

这就难以提高第四纪冰川研究的精度，降低了古冰川研究的意义。近年发展并成熟起来的宇宙

核素暴露年龄测定方法，在加速器质谱仪（ＡＭｓ）问世后，测量岩石中就地产生的宇宙成因核

素（”Ｂｅ、２６Ａｌ等）及宇宙的惰性气体同位素（３Ｈｅ和“Ｎｅ）可研究１０４～１０７时间尺度上地表岩石

的暴露年龄，从而为第四纪冰碛物的年代学研究带来了曙光。在北美和南极地区的核紊暴露年

龄测定研究证明了这一点（Ｇｏｓｓｅｅｔａ１．，１９９５，Ｂｉｅｒｍａｎｅｔａ１．，１９９５，Ｉｖｙ—Ｏｃｈｓ，１９９５，Ｍａｒｓｅｌｌａｅｔ

ａｌ，２０００）。青藏高原地区第四纪气候变化研究是理解半球乃至全球尺度上环境变化的关键

（Ｒｕｄｄｉｍａｎｅｔａ１．，１９８９），其中青藏高原第四纪冰川研究是不可缺少的内容，有关高原第四纪

冰川发育的期次及时代问题研究急需深入。我们应用核素测年法对青藏高原东部理塘地区第

四纪冰川首次进行了冰川年代学研究，结果令人鼓舞。我们相信随着对青藏高原第四纪冰川年

代学的深入研究，必然能将第四纪冰川研究重新带入过去全球变化核心研究的大家庭中。

注：本文为中目目土赍一部基础研究璜目（蕾号９９２００９）和麓士胃家辩学基金（编号２１—２８９７１．９０）赉助项目的成果

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１理塘地区地理概况及第四纪冰川

理塘海子山１：３位于青藏高原东部边缘，地理坐标为３ｏｏ１７’Ｎ、９９。３０’Ｅ，海拔４７００ｍ，处金

沙江与雅砻江分水岭，理塘县城附近冬季积雪厚度平均为Ｚ０～３０

ＣｌＴｉ。海子山口以南有现代冰

川Ｉ发育，南部最高峰为格聂，海拔为６２０４ｍ。海子山垭１：３冰碛物主要来源于南部和北部山区的

燕山晚期及喜马拉雅早期侵＾岩，燕山晚期岩体Ｋ—Ａｒ法年龄为８３～９０Ｍａ，Ｒｂ—Ｓｒ法年龄为

７８～８１Ｍａ，喜马拉雅早期岩体Ｋ—Ａｒ法年龄为５７Ｍａ，岩性为钾长花岗岩和二长花岗岩（吕怕

西等，１９９３）。工作区海子山垭口不同海拔高度的台地上都发育有冰碛物，海子山垭Ｅｌ下面的巴

圈ｌ理塘海子山１：３地区第四纪冰川遗迹略图（据吴锝浩贲科謦改）

ｌ一新球馥－２一老球碛Ｆ３一槽答ｆ４～冰斗１５一海拔高度１６一采样点

尼措槽谷发育完好的多道俩碛堤（吴镑请等，１９９０）。本区第四纪冰碛物广布于垭口台地和山谷

中（图１）。本区冰碛砾石磨圆程度较好，普遍发育有砾径在散米至数十米的巨大花岗岩漂砾，

砾石中石英吉量在３０％左右，分布在海拔４５００

１１１以上高山草甸带。从理论上说，本区冰川漂

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砾是进行就地成因宇宙核素（”Ｂｅ和２６ＡＤ暴露年龄测定的理想对象，而且本区详细的第四纪冰

ＪＩＩ地质工作为核素测年提供了有力的地质基础。

２表面暴露年龄测定方法

岩石表面的宇宙射线引起了岩石的矿物结构上的原子反应，产生新的同位素如”Ｂｅ和”Ａ１

（Ｋｌｅｉｎｅｔａ１．，１９８６＃Ｎｉｓｈｉｉｚｕｍｉｅｔａ１．，１９８６；Ｌａｌ，１９８８｝１９９１）。用加速器质谱仪测到的宇宙同位

素的富集量反映岩石暴露持续时间的长短，即岩石表面受到宇宙射线直接影响的程度。放射性

同位素具有不同的半衰期，”Ｂｅ的半衰期为１５００ｈ，２６Ａ１为７２０ｋａ。对上述放射性同位素的研

究与宇宙惰性气体同位索（３Ｈｅ和”Ｎｅ）的研究相结台就能研究距今１０ｋａ至５０００ｋａ各种不同

的岩石的复杂暴露史。由下列公式计算岩石表面暴露年龄。

Ⅳ一Ｐ×（１一ｅ叫蚪８７‘’７）／（＾＋阳／４）

上述方程显示的关系说明与时间相关的岩石表面石英中的宇宙同位素富集量的增加。为

测量”Ｂｅ和“ＡＩ，石英作为载体矿物。Ⅳ是每克ＳｉＯ。原子数量，Ｐ是每年每克ＳｉＯｚ原子中的局

部产率，丁是若干年来岩石表面暴露的持续时间，＾是每年的衰变常数，Ｐ为岩石密度，ｓ为侵蚀

速率，‘是宇宙射线蒸发率，核定为１６５

ｇ／ｅｒａ３（Ｎｉｓｈｉｉｚｕｍｉｅｔａ１．，ｌ９９１）。局部产率根据工作区

的海拔高度和地理位置求得（Ｎｉｓｈｉｉｚｕｍｉｅｔａ１．，１９８９）。但局部生产率随海拔高度和地磁纬度及

标本厚度不同而有所不同，下面假设是非常必要的：①宇宙成因核素在岩石暴露开始时含量

为ｏ｛②核素产率不随暴露持续性的时间而改变｝③假设体系处于封闭状态，即载体矿物（石

英）的核素除放射性衰变和侵蚀外无其它变化。

我们所采用的表面暴露年龄测定方法（Ｎｉ８ｈｉｉｚｕｍｉｅｔａ１．，１９９１；Ｂｒｏｏｋｅｔａ１．，１９９３；Ｂｒｏｗｎ

ｅｔａ１．．１９９１｝Ｋｏｈｌｅｔａ１．，１９９２），先将经化学溶液处理过的纯石英与纯”Ｂｅ溶液溶解在一起，然

后铍和铝通过离子交换溶液被分离，将沉淀的氢氧化物加热至１００酽Ｃ转变成氧化物（Ａｌ：Ｏ，和

ＢｅＯ）。”Ｂｅ／９Ｂｅ和“Ａｌｌ”Ａｌ由加速器质谱仪加以测量。稳定的铝同位素用ＩＧＰ—ＡＥＳ光谱法测

定。２１Ｎｅ用惰性气体光谱法测定（Ｓｃｈａｆｅｒｅｔａ１．，１９９９），有关不同来源氖同位素分离及提取等

问题尚待进一步研究。

３结果和讨论

经过区域的第四纪冰川地质调查，在不同的冰川漂砾上共采集了７组核素测年样品（图

１）。样品３、４、５和６采自由外至内的多级冰川倒碛垅上的冰川漂砾中，它们核素最小年龄均在

１５ｋａＢＰ左右（图２）。样品７采自冰川槽谷底部的花岗岩漂砾中，其核素年龄较上述年龄值要

小些，遗与地质地貌方面的证据相符。样品１采白海子山口最高处台地上巨大花岗岩漂砾中，

漂砾为本区较老的冰碛物，但核素暴露年龄小于样品３～７年龄，这扳有可能是漂砾经风化剥

蚀及后期冰ＪｎＩ改造所致。所有７组样品的宇宙核素暴露年龄均早于新仙女木冰期（约１ｌ～１２

ｋａＢＰ）（图２）。在进行冰碛物的宇宙核素暴露年龄测定过程中，要考虑两个因素：一方面考虑堆

积后的构造抬升影响，另一方面要考虑风化作用对濠砾的改造，这两者直接与核素暴露年龄计

算有关。参考有关青藏高原隆升研究（钱方等，１９９７，Ｇａｎｓｓｅｒ，１９８２），在我们的暴露年龄测定研

究中构造隆升的影响因素可以忽略。在计算宇宙核素暴露年龄时，我们确定风化剥蚀速率最小

值为５ｍｍ／ｋａ．最大值为３ｌｍｍ／ｋａ（Ｓａｕｎｄｅｒｓｅｔａ１．，１９８３Ｉ

Ｄｏｈｅｒｔｙｅｔａ１．，１９８０），据此获得相应

的棱素年龄时间窗为１７～３７ｋａＢＰ。在侵蚀速率为１０ｍｍ／ｋａ的情况下，样品１、２、５、６的“Ｎｅ

暴露年龄分别为１６ｋａ、３０

ｋａ、２８ｋａ和４８ｋａ，显示了不同阶段冰川漂砾具有复杂的暴露历史

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ＥＥｌｓ＊．Ｅ－；－１＾１年朴回样品号

口№年特

回样品号

圈２理塘冰蕞物的”Ｂｅ、“Ａｌ暴露年瓣图３理塘球碛物的宇宙气体”Ｎｅ暴露年龄

（图３）。通过理塘球碛物的宇宙核素暴露年龄及宇宙情性气体同位紊测定工作，除垭口商台地

冰碛外的该区冰碛物与深海氧同位素阶段２相对应。

通过青藏高原东部理塘地区冰碛物的核素年龄测定，我们认为该区冰碛物为末次冰期时

扩张的山谷型冰川堆积，同时说明了末次冰期时青藏高原东部不存在发育大冰盖的可能性

（Ｋｕｈｌｅ，１９９８）。我们的研究首次测出了青藏高原第四纪冰川的核素暴露年龄，同一样品多次暴

露年龄测试以及三种方法测试的年龄结果具有较好的一致性，显示了宇宙棱素暴露年龄结合

宇宙气体同位素测定方法能够很好地应用于青藏高原第四纪冰川年代学研究，使得讨论第四

纪冰川的年代及期次成为可能。如果能够对理塘海子山垭口地区开展大比例尺的详细第四纪

地质填图工作，再详细开展就地成因宇宙核素暴露年龄测定工作，将有利于更详细讨论该区第

四纪冰川发育历史，探讨青藏大冰盖发育与否等重要科学问题。

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