■記者 張瀟

　　近日，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所金章東研究員領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊，對2008年汶川特大地震這一極端構(gòu)造事件前后侵蝕和沉積過程開展了持續(xù)的合作研究，為解開“氣候-構(gòu)造”的相互作用之謎團(tuán)提供了新的線索和視角。

　　該研究成果于12日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。第一作者為黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點實驗室/中國科學(xué)院第四紀(jì)科學(xué)與全球變化卓越創(chuàng)新中心張飛博士，金章東研究員為通訊作者，研究團(tuán)隊由來自美國、英國、澳大利亞和中國的18人組成。

　　氣候變化和構(gòu)造運動“是雞還是蛋”？

　　這個研究是要做什么？金章東老師介紹，在地質(zhì)時間尺度上，氣候變化和構(gòu)造運動就像是提問“是雞還是蛋”，到底是“氣候變化”還是“構(gòu)造運動”，主導(dǎo)著地表侵蝕和沉積物搬運？一直是地球科學(xué)的熱門課題。

　　那么，到底應(yīng)該如何著手解決這樣的爭論呢？金老師表示，對此，最直接的解決方法是開展單一構(gòu)造事件，什么是構(gòu)造事件？地震是最常見的構(gòu)造事件，其他構(gòu)造事件還有板塊碰撞、海底擴(kuò)張、山脈隆升、斷裂等。然而，以往的研究由于缺乏可靠的年代標(biāo)尺和可利用的水文氣象數(shù)據(jù)，從未有效評價在單個構(gòu)造事件中的氣候到底起到多大的作用。

　　自2009年以來，由中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所、南加州大學(xué)、杜倫大學(xué)、澳大利亞國立大學(xué)和臺灣成功大學(xué)等科研人員組成的國際研究團(tuán)隊，為了深入認(rèn)識氣候和構(gòu)造在沉積過程中的相對作用，利用紫坪鋪水庫沉積序列，進(jìn)一步開展了2008年汶川地震前后氣候和構(gòu)造對滑坡物質(zhì)的搬運和沉積過程制約的研究。

　　為啥選擇紫坪鋪水庫？原來，該水庫從2001年開始修建，2004年開始蓄水發(fā)電，剛好位于2008年汶川特大地震震中的下游，因此該水庫能很好地保存汶川地震前后搬運的流域沉積物。其沉積物特征和組成被稱作“指紋信息”，為對比地震前后地表物質(zhì)的剝蝕和搬運提供了絕佳的機(jī)會。該團(tuán)隊的張飛博士帶領(lǐng)團(tuán)隊成員于2016年9-10月在紫坪鋪水庫奮戰(zhàn)一個多月，在水深達(dá)103米的水庫獲得了多支高質(zhì)量的沉積物巖心，累積長度達(dá)50多米，為開展研究獲得了最珍貴的素材。

　　珍貴沉積“巖心”精準(zhǔn)標(biāo)記年代和水位

　　對于這些來自建成僅10余年紫坪鋪水庫的沉積巖心，最大的挑戰(zhàn)是如何確定沉積物可靠的年代標(biāo)尺。也就是說，沉積物對應(yīng)于準(zhǔn)確的時間。當(dāng)完成沉積巖心的元素和磁化率掃描后，他們驚喜地發(fā)現(xiàn)磁化率顯示了完美的規(guī)律性旋回特征。

　　仔細(xì)一數(shù)，上部8.70米巖心的磁化率共有24個沉積旋回（也就類似于周期）。紫坪鋪水庫2004年蓄水到鉆探巖心的2016年剛好12個年頭，不就是平均一年2個磁化率沉積旋回嗎！可新的問題又來了，磁化率旋回與水位是如何對應(yīng)的呢？經(jīng)過仔細(xì)研究，他們將磁化率低值對應(yīng)于高水位、高值對應(yīng)于低水位，由此磁化率的旋回與水位一一對應(yīng)起來，精確地將沉積巖心定年到了年分辨率，從而解決了沉積年代學(xué)這一最大難題。這個年代模式畫出的沉積巖心中2008年地震的位置，正好對應(yīng)于巖心顏色的突變層，進(jìn)一步證實了年代標(biāo)尺的可靠性。

　　最重要的是，因為紫坪鋪水庫水位是基于防洪、居民用水和灌溉而規(guī)律性地人為調(diào)控的，因此由水庫水位與磁化率的旋回確定的年代標(biāo)尺是獨立于季風(fēng)降水、徑流量等自然水文參數(shù)的，也就避免了循環(huán)論證，這是什么意思呢？金老師解釋說，因為水庫的水位是人工控制的，獨立于與自然的水文參數(shù)。如果用降水、徑流量等自然水文參數(shù)來確定年代，然后又用它們來解釋參數(shù)的變化，就是所謂的循環(huán)論證。

　　有助于解釋長時間尺度上“氣候-構(gòu)造”關(guān)系

　　在建立可靠的年代序列之后，他們進(jìn)一步將沉積巖心組成與監(jiān)測的水文氣候數(shù)據(jù)結(jié)合起來，深入探討了在大地震觸發(fā)巨量滑坡沉積物的條件下，氣候作用如何對滑坡碎屑物質(zhì)的搬運和沉積產(chǎn)生影響。

　　從研究數(shù)據(jù)可見，即使當(dāng)一次極強(qiáng)的地震嚴(yán)重地擾亂了地表系統(tǒng)，造成巨量的松散滑坡碎屑物，但是如果河流運移能力不足，滑坡物質(zhì)也不會轉(zhuǎn)運到水庫中沉積下來。在季風(fēng)降水較弱的2008-2009年，即使是在類似紫坪鋪水庫這樣位于震中下游的沉積中心，也未能記錄很明顯的地震信號。因而，在構(gòu)造事件后，由季風(fēng)降水帶來的強(qiáng)徑流對沉積物的輸出是至關(guān)重要的，它提供了必要的水文動力條件，將滑坡物質(zhì)從山區(qū)通過河流系統(tǒng)搬運出來。也就是說，地震后，水流量大就能搬運更多、更大的滑坡物質(zhì)，反之，如果大地震后處于多年持續(xù)的干旱和弱的河流轉(zhuǎn)運能力，縱然流域內(nèi)還存在大量的滑坡物質(zhì)，其構(gòu)造信號可能很難再被識別出來。

　　該研究是對構(gòu)造事件中氣候信號指紋提取的一個空前突破。這種氣候與構(gòu)造相互作用下現(xiàn)代過程的研究是非常重要的，因為如果我們對現(xiàn)代過程尚不清楚，那么我們就更難解釋長時間尺度上“氣候-構(gòu)造”相互關(guān)系及其如何影響地表侵蝕和沉積作用了。金老師舉例說，比如我們要解釋某一段粗顆粒的沉積，既可以解釋為氣的變化，也可以解釋為某個時候發(fā)生過構(gòu)造運動，難以分辨。而我們的研究則表明，如果那段時間總體干旱，那么就可以對應(yīng)于構(gòu)造作用了。

　　據(jù)悉，本研究是該研究團(tuán)隊自2015年以來以第一單位在《Geology》發(fā)表3篇系列論文之后，又一項發(fā)表在國際頂級期刊的第一單位研究成果。此項工作得到第二次青藏高原科學(xué)考察項目、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目、中國科學(xué)院對外合作重點項目和黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點實驗室等的共同支持。

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