■記者 張瀟

　　近日，中國(guó)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(duì)，對(duì)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(guò)程開(kāi)展了持續(xù)的合作研究，為解開(kāi)“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(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)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(duì)由來(lái)自美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞和中國(guó)的18人組成。

　　氣候變化和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)“是雞還是蛋”？

　　這個(gè)研究是要做什么？金章東老師介紹，在地質(zhì)時(shí)間尺度上，氣候變化和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)就像是提問(wèn)“是雞還是蛋”，到底是“氣候變化”還是“構(gòu)造運(yùn)動(dòng)”，主導(dǎo)著地表侵蝕和沉積物搬運(yùn)？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(zhēng)論呢？金老師表示，對(duì)此，最直接的解決方法是開(kāi)展單一構(gòu)造事件，什么是構(gòu)造事件？地震是最常見(jiàn)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(píng)價(jià)在單個(gè)構(gòu)造事件中的氣候到底起到多大的作用。

　　自2009年以來(lái)，由中國(guó)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(guó)立大學(xué)和臺(tái)灣成功大學(xué)等科研人員組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，為了深入認(rèn)識(shí)氣候和構(gòu)造在沉積過(guò)程中的相對(duì)作用，利用紫坪鋪水庫(kù)沉積序列，進(jìn)一步開(kāi)展了2008年汶川地震前后氣候和構(gòu)造對(duì)滑坡物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積過(guò)程制約的研究。

　　為啥選擇紫坪鋪水庫(kù)？原來(lái)，該水庫(kù)從2001年開(kāi)始修建，2004年開(kāi)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(kù)能很好地保存汶川地震前后搬運(yùn)的流域沉積物。其沉積物特征和組成被稱作“指紋信息”，為對(duì)比地震前后地表物質(zhì)的剝蝕和搬運(yùn)提供了絕佳的機(jī)會(huì)。該團(tuán)隊(duì)的張飛博士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員于2016年9-10月在紫坪鋪水庫(kù)奮戰(zhàn)一個(gè)多月，在水深達(dá)103米的水庫(kù)獲得了多支高質(zhì)量的沉積物巖心，累積長(zhǎng)度達(dá)50多米，為開(kāi)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(duì)于這些來(lái)自建成僅10余年紫坪鋪水庫(kù)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(shuō)，沉積物對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)確的時(shí)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(gè)沉積旋回（也就類似于周期）。紫坪鋪水庫(kù)2004年蓄水到鉆探巖心的2016年剛好12個(gè)年頭，不就是平均一年2個(gè)磁化率沉積旋回嗎！可新的問(wèn)題又來(lái)了，磁化率旋回與水位是如何對(duì)應(yīng)的呢？經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究，他們將磁化率低值對(duì)應(yīng)于高水位、高值對(duì)應(yīng)于低水位，由此磁化率的旋回與水位一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，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(gè)年代模式畫出的沉積巖心中2008年地震的位置，正好對(duì)應(yīng)于巖心顏色的突變層，進(jìn)一步證實(shí)了年代標(biāo)尺的可靠性。

　　最重要的是，因?yàn)樽掀轰佀畮?kù)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(kù)水位與磁化率的旋回確定的年代標(biāo)尺是獨(dú)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(shuō)，因?yàn)樗畮?kù)的水位是人工控制的，獨(dú)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(lái)確定年代，然后又用它們來(lái)解釋參數(shù)的變化，就是所謂的循環(huán)論證。

　　有助于解釋長(zhǎng)時(shí)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(cè)的水文氣候數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，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(duì)滑坡碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積產(chǎn)生影響。

　　從研究數(shù)據(jù)可見(jiàn)，即使當(dāng)一次極強(qiáng)的地震嚴(yán)重地?cái)_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(yùn)移能力不足，滑坡物質(zhì)也不會(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)到水庫(kù)中沉積下來(lái)。在季風(fēng)降水較弱的2008-2009年，即使是在類似紫坪鋪水庫(kù)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(hào)。因而，在構(gòu)造事件后，由季風(fēng)降水帶來(lái)的強(qiáng)徑流對(duì)沉積物的輸出是至關(guān)重要的，它提供了必要的水文動(dòng)力條件，將滑坡物質(zhì)從山區(qū)通過(guò)河流系統(tǒng)搬運(yùn)出來(lái)。也就是說(shuō)，地震后，水流量大就能搬運(yùn)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(yùn)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(hào)可能很難再被識(shí)別出來(lái)。

　　該研究是對(duì)構(gòu)造事件中氣候信號(hào)指紋提取的一個(gè)空前突破。這種氣候與構(gòu)造相互作用下現(xiàn)代過(guò)程的研究是非常重要的，因?yàn)槿绻覀儗?duì)現(xiàn)代過(guò)程尚不清楚，那么我們就更難解釋長(zhǎng)時(shí)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(shuō)，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(gè)時(shí)候發(fā)生過(guò)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，難以分辨。而我們的研究則表明，如果那段時(shí)間總體干旱，那么就可以對(duì)應(yīng)于構(gòu)造作用了。

　　據(jù)悉，本研究是該研究團(tuán)隊(duì)自2015年以來(lái)以第一單位在《Geology》發(fā)表3篇系列論文之后，又一項(xiàng)發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊的第一單位研究成果。此項(xiàng)工作得到第二次青藏高原科學(xué)考察項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目和黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的共同支持。

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