晚更新世奥索谷（法国西南部）冰川波动的多方法制约及其对末次盛冰期比利牛斯冰原的广泛意义

《Quaternary Science Reviews》：Multi-method constraints on late Pleistocene glacier fluctuations in the Ossau valley (SW France), with wider implications for the Pyrenean icefield during the last glacial maximum

　　

当前整个比利牛斯山脉的证据表明，晚更新世的局部末次盛冰期（LLGM）发生的时间早于全球公认的LGM时期（26-19 ka）。一些LGM冰川随后增长到与其LLGM前身相似的规模，但另一些则未能达到。这些明显的差异要么归因于山脉范围内独特的古降水格局，要么归因于支撑冰川波动年代学的不同测年方法之间的伪影。研究人员在此通过呈现来自奥索谷终碛垄的33个新的¹⁰Be和³⁶Cl地表暴露年龄，通过构建适用于连续地貌世代的3D冰川重建，并基于已发表的来自附近Estarrès堰塞湖冰湖沉积序列和多个考古遗址的¹⁴C年龄讨论这些数据，来检验这两种替代方案。结果表明，第一次主要冰川前进发生在35 ka cal BP之前的某个时间，之后奥索冰川在34-30 ka与31-27 ka cal BP之间退缩了4公里。随后的一次重新前进产生了约22.7 ka的LLGM终碛垄，其次是位于其南侧2公里处的后LLGM退缩终碛垄（年龄：20.2 ka）。大约在19 ka cal BP，冰川进一步退缩了30公里。通过揭示LGM期间冰川最大增长的一个间隔，这一新的年代学表明，随着多方法方法有助于细化其他山谷的晚更新世冰原波动模式，比利牛斯山脉中LGM与LLGM之间的区分可能逐渐变得过时。

**论文解读文章**

**1. 研究背景与问题**

末次盛冰期（LGM）是指全球大陆冰量达到峰值、海平面降至最低的最近时期。在欧亚大陆北部的冰盖复合体（EISC）以及全球许多中低纬度山地冰川，其末次冰盛期的最大规模往往与全球LGM时期（约26-19 ka）同步。然而，在比利牛斯山脉，先前的研究揭示了一个复杂且矛盾的图景：许多山谷的冰川，特别是西部的冰川，其末次冰期最大规模（局部末次盛冰期，LLGM）似乎发生在MIS 4（海洋同位素阶段4）或MIS 3时期，远早于全球LGM时间窗口；而东部的冰川则在LGM期间再次前进到与先前LLGM相近的位置。这种明显的东西部差异引发了两种主要假说：其一，这反映了真实的气候驱动差异，即在LGM期间，受地中海影响的东部山谷降水更多，而受大西洋影响的西部山谷则更为干旱；其二，这可能是由于支撑不同山谷冰川波动年代学的各种测年方法（如¹⁴C测年、地表暴露测年、光释光（OSL）测年）之间存在系统性的伪影或误差。因此，这项研究旨在通过采用多方法约束，对奥索谷（Ossau valley）末次盛冰期的冰川演化进行高精度重建，以检验这两种假说，并厘清比利牛斯山脉LGM与LLGM之间的关系。

**2. 主要技术方法**

研究人员采用了多方法、多数据集的综合策略。主要技术方法包括：（1）**地表暴露测年**：从奥索谷终碛垄的冰碛砾石中采集了36个样品，对其中23个样品进行¹⁰Be测年，对10个样品进行³⁶Cl测年，以直接获取冰川前进和后退的年代。（2）**3D冰川重建**：基于详细的冰川地貌制图，利用Glare工具箱和Matlab脚本，对LLGM及后LLGM阶段的冰川表面进行三维重建，并计算平衡线高度（ELA）等参数。（3）**多源年代数据整合与贝叶斯年龄模型**：将新获得的地表暴露年龄与已发表的来自Estarrès和Castet冰湖沉积序列的¹⁴C年龄，以及来自Arudy盆地多个考古遗址（如Laa 2、Tastet-Sainte-Colome）的¹⁴C年龄进行整合，共同输入到贝叶斯年龄模型（Chronomodel 3.2.7）中，以得到更精确的、概率性的冰川事件年龄。

**3. 研究结果**

**3.1. 与LLGM和后LLGM冰川阶段对应的地貌与冰模证据**
研究人员通过地貌制图和3D冰川建模，识别并重建了奥索谷的两个主要冰川阶段。
-**LLGM冰川阶段**：该阶段对应于最外部的Buzy终碛垄复合体，冰川延伸至山前，长度达44.3公里，覆盖面积约320 km2，其平衡线高度（ELA）为1543 ± 100米。三维冰面重建表明，在该阶段，La a 2和Tastet-Sainte-Colome等考古洞穴完全被冰覆盖。
-**最早的后LLGM冰川阶段**：该阶段对应于一个位于Buzy复合体南侧2.3公里处的退缩阶段的终碛垄（Arudy终碛垄）。冰川长度约42公里，面积约270 km2，ELA上升至1664 ± 100米。此时，La a 2洞穴已不再被冰封，Tastet-Sainte-Colome洞穴则高悬于冰川边缘之上约50米。冰川模型和地貌证据表明，在此阶段，冰川融水不再流向Estarrès湖，而是改道向西，形成了现代Gave d'Ossau河的流向。

**3.2. 宇宙成因核素地表暴露年龄**
从LLGM和后LLGM地貌中获得的33个地表暴露年龄分布范围很广，包括一些与MIS 3、LGM、末次冰消期（LGT）甚至全新世相符的年龄值。研究人员通过分析认为，那些明显偏年轻的年龄（如全新世、B?lling-Aller?d间冰阶）可能是由于冰碛砾石后期暴露（如基质侵蚀导致砾石出露）或地表侵蚀导致核素损失所致。因此，研究人员筛选出与LGM以及末次冰消期早期相符的年龄，并结合¹⁴C年代数据进行整合分析。

**3.3. 贝叶斯年龄模型**
通过整合所有可靠的地表暴露年龄和¹⁴C年龄数据，贝叶斯年龄模型给出了LGM和最早后LLGM冰川阶段的精确年代。模型结果显示，LLGM冰川阶段的最高后验概率密度（MAP）年龄为**22.7 ka**（95%概率区间：24.5-20.9 ka）。最早的后LLGM冰川阶段的MAP年龄为**20.2 ka**（95%概率区间：22.1-18.8 ka）。这一结果明确表明，在奥索谷，LGM时期发生了两次重要的冰川前进事件。

**4. 讨论与结论**

**讨论部分**总结：
通过整合多方法年代数据，研究人员重建了奥索谷晚更新世冰川波动的四阶段情景：（1）MIS 4/3期间，冰川首次达到最大规模；（2）MIS 3末期（34-30至31-27 ka cal BP），冰川退缩约4公里，但主谷冰川仍足够厚，为Estarrès湖供水；（3）LGM期间，冰川再次前进，形成了LLGM（约22.7 ka）和后LLGM（约20.2 ka）两个阶段的终碛垄；（4）20-19 ka cal BP之后，冰川急剧退缩，退缩幅度超过30公里。这一结果挑战了先前认为奥索谷LLGM早于LGM的认识，并表明先前基于Estarrès冰湖沉积¹⁴C年代所推断的沉积间断（31-27至24-22 ka cal BP）实际上可能是一个侵蚀不整合面，由LGM期间冰川重新前进并覆盖湖相沉积物所致。在此新证据下，先前认为LGM期间比利牛斯山脉东西部冰川规模存在显著差异的假说（即地中海地区降水更多）被削弱。研究人员认为，过去在西部山谷中依赖¹⁴C和OSL测年得出的LLGM早于LGM的结论，可能因测年方法本身的局限性（如¹⁴C的“老碳”效应、OSL的不完全晒退）而存在误差。因此，奥索谷的发现表明，比利牛斯山脉的LLGM很可能与全球LGM同步，这与欧洲其他山脉（如阿尔卑斯山、伊比利亚半岛山脉）的结论一致。

**结论部分**翻译：
本研究强调了多方法方法和互补数据集的价值，这些方法共同基于（i）直接从冰碛垄中包裹的砾石获得的地表暴露年龄，以及（ii）来自冰湖沉积、冰水沉积序列或考古序列的¹⁴C年龄，后者在每种情况下都为冰川存在提供了更间接的证据。在奥索谷，三个独立数据集的整合提供了晚更新世冰川波动的精细年代学，为与全球和大陆气候变化同步的冰川前进和退缩的时机和动态提供了新见解。由此产生的年代学可总结如下：
（i）在MIS 4和/或MIS 3的较冷期间，奥索冰川记录了其首次最大前进，到达了很可能与LGM期间再次达到的位置非常接近的山前位置。
（ii）到MIS 3末期，在34-30至31-27 ka cal BP之间，奥索冰川的Estarrès分支退缩了4公里，但主谷冰川仍然足够厚（在Arudy盆地至少100米），能够通过Louvie-Juzon基岩门槛向已冰退的Estarrès洼地输送融水，从而维持一个湖泊。
（iii）在LGM期间，奥索冰川再次前进，产生了归因于LLGM和后LLGM阶段的终碛垄。这一发现意味着，一个低坡度的冰川的末端部分可以覆盖较老的冰川湖沉积物，而不会严重扰乱地层，仅在后来再次退缩之前产生一个轻微但仍可检测到的侵蚀不整合面。将¹⁴C和地表暴露年龄关联到一个结合了相对年龄和数值年龄标准的贝叶斯年龄模型中，表明LGM时期记录了两次局部冰川作用阶段，分别约为22.7 ka（LLGM冰川阶段）和20.2 ka（首次后LLGM冰川阶段）。
（iv）在20-19 ka cal BP之后，奥索冰川大幅退缩，重新定位在Pic du Midi d'Ossau的高山冰斗区，位于Arudy上游超过30公里处。在比利牛斯山脉受大西洋影响的这个区域，此时的残余冰斗冰川长度不超过4至5公里，即奥索冰川在LLGM和后LLGM冰川阶段达到的总长度的10-12%。
总之，奥索冰川在晚更新世达到峰值冰量不仅一次，而是连续多次，其中一次是在LGM期间。因此，奥索谷的局部末次盛冰期（LLGM）与全球信号同步，从而结束了奥索谷作为现有比利牛斯山脉数据集中众多异常值之一的状态，并从此将奥索冰川重新归类到与图1中黄色圆圈高亮的东部比利牛斯山脉冰川相同的组别。来自已测绘冰川地貌的消融区冰厚约束通过3D建模扩展到冰川积累区。这些新的冰厚约束为描绘比利牛斯冰原（如图1所示）提供了更高的分辨率——图1展现了晚更新世冰川最大范围的一个精确的二维轮廓，但关于冰厚的描述则较为粗略。图7中的重建显示了一个比图1中相对更薄的出口冰川，表明在奥索流域1500-2000米的海拔高度存在众多冰原岛峰和修剪线。
奥索谷的结果可能构成了朝着更广泛地重新整合冰川历史的第一步，围绕的核心观点是，比利牛斯山脉的LLGM冰川阶段与全球LGM时期重合，并且随着新年代学数据在已有文献记载和未记载的山谷中解决图1总结的差异——这些差异迄今为止助长了一种可能具有误导性的、认为比利牛斯山脉与其他欧洲山脉相比具有特殊性的观念——LLGM与LGM之间先前的区分可能逐渐变得过时。LGM无疑是比利牛斯山脉所有冰川流域中最近一次最大冰量时期的这一可能性日益增加，并不排除额外的证据，即更大、保存更好的终碛垄复合体（例如，奥索、泰特、波河、加龙河，可能还有其他）也包含了更早的、规模相似的MIS 4和/或MIS 3冰川前进的遗迹，它们的沉积物要么保存在这些复合体的最外端终碛垄中，要么被重新加工到LGM再前进的冰碛层中，从而可能用较老的暴露年龄数据污染这些沉积物。
这些结论构成了敦促未来对比利牛斯山脉晚更新世冰川作用的研究结合多种方法的基础，从详细的冰川地貌制图和冰缘沉积物的相对测年，到3D冰足迹建模，并在可获得的岩石材料允许的情况下使用尽可能多的合适年代学测年方法。来自冰川沉积物的TCN暴露年龄最适合追踪冰川前进阶段，而来自冰湖沉积物的¹⁴C年龄则有助于记录冰川退缩阶段。冰川和湖泊沉积物的释光测年也可能提供有用的信息，前提是OSL分析协议能提供清晰的证据，证明所测沉积物颗粒已完全晒退。