利用全新世大暖期以来黄河源区泥炭堆积研究高原多年冻土加积和退化过程

The study of permafrost formation and evolution since the Holocene is critical for understanding the formation mechanism, changing processes, and long-term trends of changes in permafrost on the Qinghai-Tibet Plateau. As a key elevational permafrost region, the source area of the Yellow River (SAYR) on northeastern Qinghai-Tibet Plateau has undergone dramatic changes since the onset of the Holocene. In the proposed program, field surveys and sampling of thick layer permafrost peat profiles will be conducted in the SAYR. Cryostructures and micro-morphology of undisturbed peat permafrost samples will be observed using Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM). The paleo-permafrost table position will be established by peak values of characteristic parameters of permafrost strata (such as ice/water and salt contents, B values of clay minerals, and Delta values of detrital minerals). Then, genetic types of the thick layer permafrost peat will be determined as either syngenetic or epigenetic (or polygenetic). Based on AMS 14C dating and proxies for climate and environment changes extracted from the high-resolution peat deposits, the paleoclimate and permafrost evolution processes in the SAYR will be recontructed since the Holocene Megathermal Period (HMP). The program aims at providing key support and validation for studies on climate and environment changes, and the corresponding modeling and reconstruction of long-term trends in permafrost change and for studeis on the permafrost degradation on northeastern Qinghai-Tibet Plateau.

全新世以来多年冻土形成演化研究对于理解其形成机制、变化过程和长期趋势非常关键。作为关键高海拔多年冻土区，青藏高原东北部的黄河源区在全新世以来多年冻土变化非常显著。本项目拟在黄河源区，选择厚层冻结泥炭剖面进行采样，取原状冻结泥炭用环境扫描电镜研究其冷生构造和微观形态，结合以特征量(含冰/水量、含盐量、粘土矿物B值、碎屑矿物Delta值)的峰值指示古多年冻土上限位置的方法，确定厚层冻结泥炭的成因类型(共生、后生或复生)。根据AMS 14C年代及从泥炭沉积中的气候环境变化代用指标，着重重建大暖期以来气候环境及多年冻土演化过程。可为高原东北部气候和环境变化以及多年冻土退化的模拟、重建和长期变化趋势及其机制研究提供重要支持和验证。

全新世以来多年冻土形成演化研究对于理解其形成机制、变化过程和长期趋势非常关键。作为关键高海拔多年冻土区，青藏高原东北部黄河源区在全新世以来多年冻土变化显著。开展了泥炭地热半导体性质的观测试验，讨论其对下覆多年冻土的保护作用，即泥炭地独特的热物理性质导致其泥炭地在暖季减少热吸收、在冷季减少热释放，导致活动层土壤温度年较差、年平均土壤温度及下覆多年冻土的年平均地温低、多年冻土下界海拔低。论证了泥炭与多年冻土之间的共生关系，尝试开展了原状泥炭冻土岩芯的冷生构造的电镜扫描研究。基于粒度频率曲线、平均粒径、Y值及粒度频率累积曲线等指标，论证了黄河源区泥炭灰分属于风成沉积的沉积学证据。根据在黄河源区及其毗邻区域多个湖相沉积的古气候环境研究结果发现，青藏高原东北部早全新世暖湿，约6-7.5 cal ka BP气候转冷干。根据AMS 14C年代学及从高分辨率泥炭沉积的多个气候、环境变化代用指标，研究了中晚全新世黄河源区的古气候环境演化过程。结果发现，6.1-5.4 cal ka BP，黄河源区冬季风强度较弱，夏季风强度较强，化学风化和淋溶作用强烈，气候暖湿。5.4-2.1 cal ka BP，冬季风增强，夏季风减弱，气候相对冷干。1.5-0.8 cal ka BP，冬夏季风快速变化，冬季风强度较低、夏季风强度较高，化学风化和淋溶作用较强，指示区域气候较为温暖湿润。0.8 cal ka BP 以来，冬季风逐渐减弱，夏季风逐渐增强，化学风化和淋溶作用逐渐增强，总体上区域气候相对寒冷干燥、但趋于温暖湿润。同时，黄河源区气候变化过程具有高度的不稳定性及百年尺度振荡的特点，在6.1-5.9、4.5-4.2、2.7-2.4、1.9-1.7、1.5-1.4和0.6-0.4 cal ka BP等表现出明显的若干次冷事件，这与青藏高原泥炭与湖相沉积、冰芯、北半球低纬度泥炭沉积乃至高纬度深海沉积等记录的冷事件有明显对应关系。从泥炭地热半导体性质和泥炭与多年冻土的共生关系入手，定性讨论了泥炭多年冻土的加积过程，即厚层泥炭覆被下的泥炭多年冻土的发育过程其实就是泥炭堆积加积过程中多年冻土上限的不断抬升的过程。