中國東部末次冰期雪線高程重建與成冰氣候分析

王照波，王江月

(1.臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山東 臨沂 276006；2.沂蒙山國家地質(zhì)公園管理局,山東 臨沂 273304；3.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,山東 日照 276800)

中國東部末次冰期雪線高程重建與成冰氣候分析

王照波1，2，王江月3

(1.臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山東 臨沂 276006；2.沂蒙山國家地質(zhì)公園管理局,山東 臨沂 273304；3.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,山東 日照 276800)

在蒙山第四紀冰川遺跡與光釋光測年研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往我國東部猛犸象化石出土位置、孢粉數(shù)據(jù)庫、以及雪線高程的研究成果，首次對我國東部末次冰期時的雪線高程進行了恢復(fù)重建，并繪制了我國東部及東亞地區(qū)雪線高程圖，在此基礎(chǔ)上對我國東部蒙山冰期時的氣候特征進行了探討，認為我國東部冰期時的北路寒潮形成的 “東亞冷槽”，是我國東部第四紀山谷冰川的表現(xiàn)形式及形成原因。

冰川遺跡;東亞冷槽;第四紀氣候；雪線高程;蒙山

0 引言

筆者在蒙山發(fā)現(xiàn)了第四紀組合性冰川遺跡[1]，經(jīng)過多種方法測年確定蒙山地區(qū)最新的冰期發(fā)生在全新世早期[2]，相關(guān)研究引起學(xué)界廣泛關(guān)注。但我國東部中低山區(qū)冰川的有無之爭，自1922年李四光提出太行山東麓存在冰川遺跡[3]，1933年提出廬山冰川遺跡[4]，其冰川學(xué)說就遭到了地學(xué)界部分學(xué)者的質(zhì)疑[5]，其中施雅風(fēng)[6-8]曾多次撰文進行質(zhì)疑。尤以施雅風(fēng)撰寫的《論李四光教授的廬山第四紀冰川是對泥石流的誤讀》[5]影響巨大，這一爭論已經(jīng)近一個世紀。王照波等[1]在山東蒙山發(fā)現(xiàn)了清晰的冰川移動形成的刻蝕遺跡與冰川融化形成的冰釋遺跡，這些組合性冰川遺跡的發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)學(xué)界引起廣泛關(guān)注。王照波等[2]又對蒙山形成時間較近的冰磧壟進行了光釋光年代學(xué)研究，獲得了年代學(xué)方面的證據(jù)，并以此為基礎(chǔ)與以往冰期研究進行了對比與劃分，建立了攔馬冰期(全新世早期)與蒙山冰期(末次冰盛期)，這些研究工作均為我國東部中低山區(qū)第四紀冰川的存在與研究，提供新的證據(jù)與理論支持。

若想深入分析我國東部第四紀氣候特征及原因，需要恢復(fù)重建東部地區(qū)的雪線高程。對蒙山深入的調(diào)查與冰期年代學(xué)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往該地區(qū)的研究成果，該文恢復(fù)重建了我國東部及東亞地區(qū)末次冰期時的雪線高程圖，并對其氣候原因進行了初步的分析。

1 蒙山及周邊地區(qū)末次冰期時的雪線高程特征

因末次冰期以來的冰磧遺跡保存較好，易于觀測與分辨，故很多的研究者對我國東部以及東亞地區(qū)末次冰期時的雪線高程進行了研究，形成了較為豐富、可靠的數(shù)據(jù)資料。由于受到“我國東部2500m以下中低山區(qū)沒有冰川”[5]論斷的影響，很多的研究者沒有對我國東部中低山區(qū)的冰川遺跡及雪線進行研究，進而掩蓋了我國東部核心區(qū)域的氣候本質(zhì)特征。

1.1 我國東部中低山區(qū)的雪線高程特征

蒙山地區(qū)的雪線高程：根據(jù)王照波等[1-2]對于蒙山末次冰期以來雪線特征的研究，利用最高冰磧法，初步獲得了蒙山在末次冰期(主要為蒙山冰期)及后來的全新世攔馬冰期時的雪線高程大約在700m左右的數(shù)據(jù)成果，因此為恢復(fù)重建東亞地區(qū)末次冰期時的雪線高程開創(chuàng)了新的研究方向。

廬山地區(qū)的雪線高程：除了李四光[9]提出廬山不發(fā)育末次冰期(大理冰期，也即東部的蒙山冰期)遺跡外，王敏[9]最新研究也顯示，廬山不發(fā)育末次冰期典型冰川遺跡，山上有寒凍風(fēng)化的堆積、坡積。這均表明在末次冰期時，廬山的雪線接近其海拔高度，由于廬山的海拔為1471m，根據(jù)王敏[9]的研究，山頂有少量的終年積雪，但積雪量未能達到形成冰川的條件。因此推測在LGM時，廬山地區(qū)的雪線應(yīng)在1400m左右。

嶗山地區(qū)的雪線高程：根據(jù)徐興永[10]對嶗山冰期遺跡的研究，提出嶗山末次冰期的雪線高程為850m。這可能由于嶗山緯度靠北且更加靠近海洋有關(guān)，受到海洋性氣候的影響較大而稍高于蒙山。

大別山地區(qū)的雪線高程：肖平[11]對于大別山末次冰川遺跡進行了較為深入的研究，其根據(jù)冰斗與冰磧物質(zhì)出露高度，推斷末次冰期時大別山的雪線高程大約在1050m左右。鑒于大別山位于廬山以北長江北岸，較廬山偏北200km，其雪線高程低于廬山雪線高程。

1.2 東亞高山地區(qū)的雪線高程特征

根據(jù)張威[12]研究資料，亞洲東部高山地區(qū)末次冰期的雪線高程分別為：太白山3600m、臺灣雪山3500m、長白山2230m、日本中部赤石山2800m。

1.3 東亞地區(qū)雪線高程圖的重建

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，恢復(fù)重建我國東部及東亞地區(qū)末次冰期時的雪線高程圖，大體得到雪線高程等值線(圖1)。

圖1 我國東部及東亞地區(qū)末次冰期雪線高程圖

根據(jù)獲得的雪線等高線圖，可以明顯的看到在我國東部，沿著蒙山、大別山、廬山一線，形成了一個向南方突出的槽狀冰川發(fā)育區(qū)，筆者將其命名為“東亞冷槽”[2]。當(dāng)然，該圖中雪線高程的建立僅僅是初步的，根據(jù)更加深入與廣泛的研究，中國東部末次冰期雪線高程的建立會趨于完善。該等值線的恢復(fù)，對于理解我國東部冰川分布及形成的原因，圈定我國東部中低山區(qū)大致的冰川遺跡分布區(qū)等具有重要的意義。

根據(jù)雪線等高線，分析在我國沈陽以北的大興安嶺分布區(qū)，可能有大陸性冰川(冰蓋)的存在。

2 我國東部冰期氣候控制因素分析

近年眾多的研究成果顯示，東亞季風(fēng)氣候系統(tǒng)是我國東部氣候具有主導(dǎo)性的控制因素，來自北極地區(qū)的寒潮提供了冷源，來自東南太平洋的海洋氣流則提供了水汽，兩者的共同作用，形成了我國東部中低山區(qū)的山地冰川。

鄭益群等[13]根據(jù)對我國東部末次冰期時湖面高度的深入研究，發(fā)現(xiàn)東西部湖面之間存在的巨大差異，揭示出我國東、西部湖泊演變受到不同的氣候動力學(xué)機制的驅(qū)動。趙平等[14]通過對末次盛冰期東亞氣候進行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示東亞季風(fēng)氣候包括2個相對獨立、性質(zhì)各異的子系統(tǒng)——南亞季風(fēng)系統(tǒng)和東亞季風(fēng)系統(tǒng)，由此也使得中國東、西部的氣候變化具有明顯差異的特點。而蒙山地區(qū)山地冰川遺跡的發(fā)現(xiàn)及測年研究成果，則從根本上證實了上述相關(guān)學(xué)科研究的真實性與可靠性。

根據(jù)雪線的展布特征圈定的東亞雪線高程圖，表現(xiàn)出的“東亞冷槽”特征[2]，揭示出其內(nèi)在的寒潮路徑與趙松齡[15]提出的北路冰期寒潮(圖2)路徑具有高度的吻合性。在冰期，來自北極的寒潮路徑會從間冰期的西北方向，向東移到斯堪的納維亞冰原東側(cè)的勒拿河谷，沿著東經(jīng)120°線南下，冰期時間段的北路寒潮長期控制我國東部地區(qū)，從而導(dǎo)致該區(qū)域山谷冰川的形成[15]。

圖2 冰期/間冰期寒潮路徑轉(zhuǎn)換示意圖

據(jù)上述研究成果分析，我國東部除了寒冷干燥的氣候特征外，其與西部高原區(qū)存在著不同的氣候特征，屬于2個性質(zhì)不同的氣候系統(tǒng)，因此采用西部高原氣候系統(tǒng)的雪線來推算東部氣候系統(tǒng)的雪線，顯然會在環(huán)境不匹配的前提條件下，導(dǎo)致錯誤的推論。

3 討論

關(guān)于末次冰期我國東部多年凍土區(qū)南界問題以及我國東部第四紀冰期時的永久凍土邊界問題，學(xué)界一直存在爭議。由于受到東部中低山區(qū)無冰川論的影響，其邊界位置一直無法準確的確定。施雅風(fēng)[4]確定在張家口—北京一線，表現(xiàn)為向北凸出的弧線(圖1)，這顯然與我國東部雪線特征相違背，由于雪線與永久凍土南界的特征受到同一氣候特征的影響，因此雪線特征會實質(zhì)性反映出永久凍土邊界特征。據(jù)此分析，我國末次冰期時，永久凍土南界應(yīng)該是向南凸起的弧形特征。

關(guān)于我國蒙山冰期(即大理冰期)的永久凍土南界的位置，國內(nèi)多有學(xué)者進行了研究與論述。安芷生等[16]對喜冷植物種屬進行研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)其出現(xiàn)在低緯地區(qū)的現(xiàn)象分析判斷，我國東部年平均溫度降低在7～10℃。我國東北多年凍土界，在末次冰川時期，界限從現(xiàn)代的45°N向南推移到華北36°～35°N。另外據(jù)于革等[17]對于我國東部末次冰期孢粉、古湖面的研究認為，末次冰期時，我國35°～45°N的常年氣溫在0℃以下。浦慶余[18]則進行了較為詳細的討論，浦慶余根據(jù)我國東部凍融褶皺與冰楔辟，結(jié)合猛犸象與披毛犀的出土地點，認為該線應(yīng)該在北緯34°20′～34°40′之間，東起黃海大陸架上的鳥島—連云港—徐州—鄭州—秦嶺南側(cè)600m等高線—略陽—迭部向西與青藏高原多年凍土線相連接。筆者認為浦慶余所劃定的多年凍土南界更具有合理性，但是同樣沒有考慮我國東部東亞冷槽的影響。

筆者根據(jù)蒙山末次冰期的冰川遺跡存在為依據(jù)，結(jié)合前人的劃分邊界，同時參考了最新發(fā)現(xiàn)的猛犸象的出土南界，考慮到東亞冷槽的影響，劃定我國東部蒙山冰期時多年凍土區(qū)南界如圖1所示。該界限東起朝鮮平壤—向西南方向經(jīng)黃海中心—連云港—徐州—開封—長治—蘭州一線。

根據(jù)蒙山末次冰期700m雪線高程線(圖1)，然后向北進行雪線的推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)我國東部沈陽及以北大興安嶺周邊地區(qū)，在末次冰期時可能存在冰原或者大陸冰蓋，這需要對該區(qū)進行深入冰川遺跡的研究方能得出更可靠的結(jié)論。呂洪波[19]、李邦良[20]等曾對該區(qū)域存在的冰川地貌及冰川遺跡的研究，得出了存在大陸冰川的結(jié)論。

4 結(jié)論

我國東部第四紀冰川的有無問題，隨著蒙山地區(qū)末次冰期與全新世早期大量而豐富的冰川遺跡的發(fā)現(xiàn)及相關(guān)的測年數(shù)據(jù)的獲得，在證實了李四光先生提出的我國東部第四紀冰川是具有科學(xué)依據(jù)的同時，根據(jù)相關(guān)的測年研究成果，在蒙山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了廬山地區(qū)沒有發(fā)育的末次冰期(蒙山冰期)與全新世攔馬冰期的遺跡。這些類型豐富保存完好的冰川遺跡的發(fā)現(xiàn)，為解決我國東部第四紀氣候問題提供了關(guān)鍵的直接證據(jù)。根據(jù)研究，獲得如下幾點認識：

(1)我國東部中低山區(qū)第四紀冰川遺跡的形成，其決定性的氣候因素為冰期北路寒潮影響下形成的“東亞冷槽”，在冰期北路寒潮常年低溫的控制下，與來自東南海洋氣候區(qū)的水汽共同作用下形成的降水，是形成我國東部山地冰川的實質(zhì)性控制因素。這與蒙山地區(qū)，山南坡的冰川發(fā)育要好于北坡的特征相一致的。

(2)第四紀冰期時，我國東部與西部屬于2個獨立的氣候系統(tǒng)，所以形成了2套各自獨立的成冰作用。強勢的北路寒潮形成的東亞冷槽，使得東亞冷槽內(nèi)的區(qū)域，其降溫幅度遠遠低于周邊區(qū)域，這是東西部氣候的根本性差異下的表現(xiàn)。

(3)根據(jù)雪線高程分布特征分析，山東地區(qū)如泰山、魯山等海拔超過900m的山區(qū)，其南坡均應(yīng)存在蒙山冰期、攔馬冰期的冰川遺跡。

蒙山地區(qū)第四紀冰川遺跡的研究剛剛起步，不當(dāng)之處，敬請指正。同時歡迎國內(nèi)外第四紀冰川研究領(lǐng)域的廣大工作者，尤其在西部高原區(qū)從事冰川研究的專家學(xué)者，到蒙山來進行實地考察、研究。

致謝：該項研究，得到了中國地質(zhì)科學(xué)研究院邵兆剛教授的大力支持與幫助，在此深表謝意！此外中國石油大學(xué)呂洪波教授、中科院海洋所趙松齡教授、南京師范大學(xué)張志剛博士等均給予大量的幫助，在此一并致謝！

[1] 王照波，卞青，李大鵬,等.蒙山地區(qū)第四紀冰川組合遺跡的發(fā)現(xiàn)及初步研究[J].地質(zhì)論評,2017,63(1):134-140.

[2] 王照波，張劍，王江月,等.山東蒙山第四紀冰川遺跡光釋光測年研究及冰期劃分與對比[J].地質(zhì)論評,2017,63(3):694-697.

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[20] 李邦良，李志中，韓同林.內(nèi)蒙古東部大陸冰川地貌衛(wèi)星圖像解譯[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，1999,(5):89-93.

ReconstructionofSnowLineElevationandPreliminaryAnalysisonClimaticCharacteristicsinLastGlacialPeriodinEasternChina

WANG Zhaobo1,2, WANG Jiangyue3

(1. Environmental Resource College of Linyi University, Shandong Linyi 276006, China; 2. Management Office of Yimeng National Geological Park, Shandong Linyi 273304, China;3. Geography and Tourism College of Qufu Normal University, Shandong Qufu 276800, China)

On the basis of Quaternary glacial relics in Mengshan area and dating of light release, combining with research achievements of Mammoth fossils unearthed position, pollen database, and the snowline elevation in eastern China, restoration and reconstruction of snowline elevation during the last glacial period in eastern China's has been carried out for the first time, the snowline elevation maps of eastern China and east Asia area has been drawn. On these basis, climate characteristics of eastern China in Mengshan glacial period have been stuided. It is regarded that "Eastern Aisa cold trough" formed by north cold in the glacial period is the performance and the forming reason of Quaternary valley glaciers in eastern China.

Glacial relics; cold trough; Quaternary climate; snow line elevation; Mengshan mountain

P532

A

2017-08-24；

2017-09-05；編輯陶衛(wèi)衛(wèi)

王照波(1971—)，男，山東平邑人，高級工程師，從事地質(zhì)、冰川研究及教學(xué)工作；E-mail:13805498543@163.com

王照波，王江月.中國東部末次冰期雪線高程重建與成冰氣候分析[J].山東國土資源，2017,33(11)：1-5.

WANG Zhaobo, WANG Jiangyue.Reconstruction of Snow Line Elevation and Preliminary Analysis on Climatic Characteristics in Last Glacial Period in Eastern China[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(11)：1-5.