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      作者:馮麗妃 來源:中國科學報 發布時間:2021/8/31 14:02:29
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      沙海詢證,揭秘塔克拉瑪干近10萬年環境演變

       

      塔克拉瑪干沙漠腹地沙丘景觀 楊小平供圖

      塔克拉瑪干沙漠腹地沙丘景觀,可見古水文遺跡及枯死的胡楊樹 。楊小平拍攝于2015年9月

      “你這教授當的,連中午飯都吃不上。”楊小平仍記得2015年9月到塔克拉瑪干沙漠考察時,當地師傅話里的揶揄。

      大漠空高塵不飛,新秋塞上草猶肥。不過,沙漠考察并非“到此一游”,沒有那么多的詩情畫意??茖W家要做的是在浩瀚的沙海里詢證。車子出問題是常見的事,他們就先推車再工作。每天的午飯都又干又硬的烤馕。“時間長了師傅就不愿意啦。”楊小平向《中國科學報》說道。

      沙漠研究者的午餐(右三為楊小平)。作者供圖

      不過,苦中作樂,到底讓他們“淘”出了“金”。經過6年的科研攻關,浙江大學地球科學學院教授楊小平帶領團隊,從地質學視角破解了近10萬年來塔克拉瑪干沙漠環境演變的前世今生,并分析了相關驅動機制及其與沙漠古文明的關系。

      跳出窠臼 沙海“淘金”

      “大漠風塵日色昏,紅旗半卷出轅門。”浩瀚的塔克拉瑪干沙海東西綿延1000多公里,南北寬500余公里,是世界第二大流動沙漠。

      在中國少數民族語言維吾爾語中,“塔克拉瑪干”意為“進去出不來的地方”,但塔克拉瑪干沙海所處的塔里木盆地中“塔里木”也被解釋為“永久的家園”或者“樹木生長的地方”。對同一區域的兩種截然不同的解釋,既指示了這個廣袤無垠沙海有著惡劣的自然環境,也意味著這里可能曾經水草豐美且文明悠久。

      同時,深居內陸的塔克拉瑪干沙漠是北半球最重要的粉塵源區之一,也是陸上“絲綢之路”的重要組成部分,在地球氣候系統和東西文明交流史上均扮演著重要角色。其自然環境演變史對曾經繁盛的沙漠古文明如龜茲、若羌、樓蘭、精絕等“西域三十六國”的興衰變遷有著深刻影響。

      那么,歷史上的塔克拉瑪干究竟經歷過什么樣的自然演變?回答這一問題一直以來存在困難。

      “塔克拉瑪干沙漠超過85%的區域被流動沙丘覆蓋,缺乏較連續的古環境記錄載體且沉積環境復雜、沉積記錄獲取難度大,使準確認識該地區的環境演變過程成為研究難點。”論文第一兼通訊作者楊小平在接受《中國科學報》采訪時說。

      過去幾年來,楊小平帶領團隊與來自中科院地質與地球物理所、中科院地球環境所以及長安大學、新疆大學等單位的科研人員合作,力圖在思路上突破依靠連續沉積地層重建古氣候變化過程的窠臼,深入沙漠內部獲取環境變化的直接證據。

      8月30日發表于第24期《科學通報》的一項研究就是他們“淘金”歷程中的 “一桶金”——研究者對近10萬年來塔克拉瑪干沙漠的環境演變過程進行重建,為考古學探明的沙漠古文明繁盛時期提供了堅實的自然科學證據。

      “塔克拉瑪干沙漠地區長期以來被認為是黃土高原粉塵的重要源區之一,其環境演變規律對于全面理解我國北方沙漠及黃土高原地區的環境演變有著重要價值。”一名審稿人評價說,“這項研究對于進一步深入理解亞洲內陸的大氣環流格局、乃至干旱區沉積物源區等問題都有重要意義。”

      古河流中覓“前世”

      從2015年至今,研究團隊對塔克拉瑪干沙漠中西部南北大斷面進行了廣泛的遙感調查和地貌學考察,并以沉積地層學為基礎,對9個典型的河流-湖泊-風沙沉積剖面開展了全面系統的研究。

      “沙漠里曾有湖泊和河流,關鍵是找證據。”楊小平說,“如果對自然現象的解釋拿不定注意,通常我們會一起在野外現場討論、爭鳴,回來查閱文獻,后面再去實地甄別。”

      為確定對地層認識的可靠性,在反復實地考察中,他們采取了多種“組合”策略。如在確定靜水沉積時,不僅要看沉積物的組成特點,還要觀察沉積層干涸以后發生的龜裂紋。他們還采用光釋光測年法——利用沉積物中的石英礦物被埋藏以后的信號累積測定沉積物被埋藏時間的技術,對沉積學解釋得到的濕潤時期進行年代學框定。

      基于34個獨立光釋光年齡和樣品的沉積物粒度及磁化率分析,他們發現,塔克拉瑪干沙漠在近10萬年以來至少經歷過三個比較典型的濕潤時段,即距今約7萬~5萬年前,1.7萬~1.1萬年前和距今5000~2000年前。

      在中國自然地理區劃中,塔克拉瑪干沙漠屬暖溫帶,年均氣溫比我國其他沙漠地區高,年均降雨量比其他沙漠都更為稀少,堪稱歐亞大陸最干旱的沙漠。那么,這種曾經的濕潤環境是什么原因造成的?

      研究人員將沙漠腹地保存的濕潤記錄與全球溫度重建數據進行比較發現,這些相對濕潤的環境出現在全球氣溫由冷變暖的轉折時期。結合地貌學和遙感分析,他們推測在這三個時段,由于氣候迅速變暖,沙漠周邊山地冰雪融水增加導致發源于沙漠南部昆侖山的河流徑流量驟增,能夠縱深沙漠內部,從而沙漠深處留下流水沉積的證據。當然,并不排除北半球中緯度西風帶南移導致塔里木盆地周圍山地的地形雨雪增加的可能。

      塔克拉瑪干沙漠尼雅河流域地形、水系及相關沉積地層記錄。作者供圖

      古文明的印證

      需要指出的是,作者表示,中晚全新世(5000年~2000年)以來的濕潤時期,特別是尼雅河和亞通古斯河下游記錄的距今2000年左右的濕潤時期,與塔克拉瑪干沙漠深處多個已消失古文明的繁盛時期吻合。

      尼雅遺址就是其中之一。該遺址距離沙漠南緣70公里左右,據考證是漢晉時期“精絕國”故址,《漢書》記載其“去長安八千八百二十里,戶四百八十,口三千三百六十,勝兵五百人”。該遺址曾出土織有“五星出東方利中國”八個篆體漢字的國家一級文物漢代織錦,被譽為20世紀中國考古學最偉大的發現之一。

      “我們在這里找到了風成沙,還有以前的河流沙,上面還有靜水沉積,且靜水沉積物厚度大于1米。”楊小平說,“尼雅遺址的考古學證據與此次研究的地層學證據共同說明,在2000年前的漢代,塔克拉瑪干沙漠南緣的河流能夠深入沙漠至少70公里并造就沙漠綠洲,為彼時沙漠文明的繁盛提供了水源保障。”

      尼雅河古河道上的古河流沉積證據 楊小平供圖

      尼雅河下游古河道上枯死的胡楊樹。 楊小平供圖

      克里雅河下游尾閭地區古城的興衰也是塔里木盆地氣候變化的另一佐證。作者指出,位于克里雅河下游西側的圓沙古城仍然保存有城墻、房屋遺址,依據新的測年結果,該古城早在春秋時期(公元前716~475年)就已存在。很可能因河道變遷,古城位置在西漢時期遷移至圓沙的東南側,即喀拉墩古城,大約在魏晉時期(公元220~420年)被徹底廢棄。該古城的興衰歷史也表明2700~1600年前是一個相對比較濕潤的時期。

      “文章作者是活躍在我國沙漠研究一線的專家,有豐富的研究經驗,在沙漠環境變化研究領域有很深的造詣。相關研究獲得了創新性的認識。”另一位審稿人評價。此外,楊小平曾受邀在愛爾蘭舉辦的第20屆國際第四紀科學大會(INQUA)上以特邀大會報告形式匯報該研究的初步成果,引起國際同行極大興趣。該大會被譽為環境演變領域的國際“奧林匹克”。

      據介紹,此次研究受到科技部科技基礎資源調查專項(2017FY101001)和國家自然科學基金(41672182,41430532)的聯合資助。通過這一國家科技基礎資源調查專項,浙江大學等9個科研單位培養了數十名沙漠研究領域的青年科研工作者。“隨隊參加考察的青年學生對探究自然界奧妙的濃厚興趣和吃苦精神也鞭策著我們要為培養國家的沙漠研究人才不懈努力。”楊小平說。

      塔克拉瑪干沙漠中尼雅古城遺址(右四為楊小平)。作者供圖

      原文信息:楊小平, 杜金花, 梁鵬, 張德國, 陳波, Rioual, P.,張峰,李鴻威,王旭龍。晚更新世以來塔克拉瑪干沙漠中部地區的環境演變??茖W通報,2021,66 (24): 3205-3218。

      相關論文鏈接:

      https://doi.org/10.1360/TB-2020-1383

       

       

       
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