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青藏高原传统认知中不利于大型多年生冰丘发育,研究人员为探究长江源区一冰丘状地貌特征,综合运用多种技术研究其表面特征和内部结构,确定为开放系统冰丘,这有助于深入理解高原冰丘形成机制等,意义重大。
在神秘的青藏高原,这里气候寒冷,地质条件复杂,一直以来,人们都认为这片土地并不适合大型多年生冰丘的大规模生长。冰丘(pingo)作为一种特殊的地貌,它是在寒冷地区,因地下不同类型的水迁移、积累并冻结,导致地层体积膨胀,进而使地表局部隆起形成的。根据生长周期,冰丘可分为季节性和多年生,其中多年生冰丘中最引人注目的便是 pingo。pingo 内部有以侵入冰为主的多年生冰核,促使地形隆起的压力主要来自地下水 。根据水源与永冻土(permafrost)或永冻土下承压含水层的连接情况,pingo 又分为封闭系统和开放系统等类型。
在全球范围内,pingo 及类似地貌在北半球高纬度永冻地区分布广泛,像斯瓦尔巴群岛、格陵兰岛、加拿大、阿拉斯加和西伯利亚等地都能发现它们的身影。然而,在中国,尤其是中低纬度的青藏高原,这类地貌却十分罕见。之前在青藏高原发现的著名冰丘,有的已经坍塌,还有些类似冰丘的地貌经实地考察后被认定为其他类型。而且,由于缺乏案例研究,人们对青藏高原冰丘的认识极为有限,相关系统研究也几乎空白。
为了填补这一知识空白,深入了解青藏高原冰丘的奥秘,来自国内的研究人员针对 2020 年 11 月在青藏高原长江源沱沱河流域发现的一处类似冰丘的地貌展开了全面研究。他们的研究成果发表在《CATENA》上,为该领域带来了全新的认识。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是无人机数字摄影测量技术,通过无人机获取冰丘的正射影像和数字高程模型(DEM),以此量化冰丘的表面形态特征。其次是瞬变电磁地球物理勘测技术,用于探测冰丘的内部结构。另外,还进行了地表地质钻探,直接获取冰丘内部的物质样本,以及地面温度监测,掌握冰丘的温度变化情况。
研究结果如下:
- 冰丘位置及周边环境:该冰丘位于沱沱河源头(34°01′52″N,91°14′30″E,海拔 4860 米),这里是长江的主要源头,发源于唐古拉山主峰各拉丹冬山西南侧的姜根迪如冰川。
- 冰丘形态特征:整体呈不规则圆锥形,中间高、周边低,周边坡度最大约 30°。冰丘表面相对干燥,植被稀疏,分布着许多鼠洞。
- 冰丘尺寸:高度约 9.5 米,最大基底直径约 110 米。在之前的研究中,识别冰丘的最小高度通常设为 2 米,但实际冰丘高度范围很广,从几十厘米到高达 54 米不等。
- 冰丘表面特征:冰丘顶部发育有冻融裂缝,这表明顶部存在明显的地表变形。
- 冰丘内部结构:通过钻探发现,活动层下方有 10.5 米厚的冰核,再下方还有 6.3 米厚的冰水透镜体。研究认为,下部的承压含水层在冰丘地貌形成过程中起着关键作用,它通过自下而上注入地下水,为冰丘形成提供水源和上隆压力。
研究结论和讨论部分指出,此次发现的冰丘是一个开放系统冰丘。这一发现对青藏高原永冻土和冰缘地貌研究有着重要意义。它让人们对多年生冰丘的形成机制有了更深入的理解,也有助于探究在高原独特冰缘环境下深层地下水的储存和迁移方式。此外,该研究为火星等其他星球上类似冰丘地貌及相关水活动的探索提供了地球类比。这不仅丰富了人们对地球和宇宙中特殊地貌形成的认知,也为后续相关研究开辟了新的方向,让人们更加期待未来在这一领域能够取得更多突破性的成果。