晚更新世以来塔克拉玛干沙漠中西部地区环境演变及其对全球变化的响应

Sand seas are critical components of terrestrial ecosystem on Earth. Studies on environmental changes in sand seas are of great significance for understanding formation of arid environments, their changes and responses to global climate changes. Arid and semiarid areas account for one third of Chinese territories and sand seas are the commonest landscape in this vast region. Thus, the study of the environmental changes in sand seas is needed to ensure the national ecological security in China. Under such a background, the mid-west Taklamkan Desert, where is characterized with a great diversity of geomorphological landforms, is selected as our study area. We aim to investigate the spatial and temporal changes of the dunes and oasis, environmental changes since Late Pleistocene and their potential relationships with global climatic changes. A multi-disciplinary approach, including research methods in Quaternary geology, geomorphology, sedimentology, geochemistry, geophysics, remote sensing, geographic information system and numerical simulations, will be applied in the project to reconstruct the changes of climate, dune landscape, oasis, and drainage networks. In particular, the relationships between climate, hydrology and desert landforms, and the interactions between human activities and the changes of sand seas, oasis and rivers will be investigated from the perspective of Earth System Science. This project would greatly improve our knowledge about environmental change in the deserts of western China and its mechanisms. The research results would provide scientific supports for the ecological rehabilitation in northwestern China.

沙漠是全球陆地生态系统的重要组成部分，探究沙漠地区环境演化历史对认识干旱环境的形成、变化规律及其对全球气候变化的响应具有重要意义。在我国，干旱半干旱地区占国土面积的三分之一，沙漠是这一广阔区域最主要的景观类型，因此加强我国沙漠地区环境变化研究也是保障国家生态安全的需要。在此背景下，本项目选择地貌类型复杂多样的塔克拉玛干沙漠中西部为研究区，探讨沙漠、绿洲的时空变化，晚更新世以来环境变化过程及其对全球气候变化的响应。本项目拟综合运用第四纪地质学、地貌学、沉积学、地球化学等方法，结合遥感、地理信息系统及浅层地球物理探测、数值模拟等手段，重建研究区气候、沙丘、绿洲及水文网等演变历史；以地球系统科学思想为指导，着重研究气候、水文、沙漠地貌等系统间的耦合关系、人类活动与沙漠、绿洲、河流演化等的相互作用，以期对我国西部沙漠环境演化及其机制有一个系统详尽的认识。本项目的实施也将为我国西北的生态建设提供理论依据与支持。

塔克拉玛干沙漠是我国最大的沙漠，探究塔克拉玛干沙漠地区环境演化历史，对认识我国干旱区环境的形成、变化规律及其对全球气候变化的响应具有重要意义。在此背景下，项目研究团队选择地貌类型多样的塔克拉玛干沙漠中西部地区，以野外考察、实验室分析、遥感和数值模拟为主要手段，综合运用第四纪地质学、地貌学、沉积学、地球化学等研究方法，利用光释光等测年技术，对研究区域内的沙源、沙丘发育、古环境等科学问题进行了探讨。同时，将塔克拉玛干沙漠与我国北方地区其它沙漠进行对比，对我国北方沙漠环境的形成演变规律、荒漠化过程及机制等方面开展了深入的研究工作。 在沙漠物源方面，通过对研究区域内不同沉积环境样品分粒级主量、痕量元素分析并结合地貌学证据，提出和论证了我国北方沙漠物源与河湖相沉积物关系密切。通过对中国现有沙漠/沙地沙丘年龄的系统分析与整理，发现千年尺度上风沙光释光年龄分布与古气候记录较为吻合，更精细尺度上存在出入。在沙漠古环境生物化学指标方面，我们利用硅藻形态学方法，对沙漠西部山地湖泊硅藻种属进行分析，证实硅藻种属与其生境有显著联系。在沙漠现代景观格局方面，通过统计模型、归一化植被指数等手段，从空间角度对沙漠/沙地地貌景观成因进行分析，发现降水、水系分布、地形是影响沙漠景观格局分布的重要自然因素。对塔克拉玛干地区和中国北方其它沙漠/沙地水汽影响因素的对比分析发现，塔克拉玛干沙漠的古环境演变机制不同于中国北方地区其它沙漠，该研究为后期塔克拉玛干地区的沙漠研究奠定了基础。同时，我们针对本项目执行过程中所遇到的释光测年统计方法问题，设计开发了新的释光年龄计算程序，优化了释光统计模型。在本项目的资助下，截至目前共发表高质量期刊学术论文17篇，多次参加国际、国内学术会议并做大会报告(例如第20届国际第四纪大会大会特邀报告，2019年爱尔兰都柏林），培养研究生6名，并仍有数据在分析整理中，期待后续发表。