基于湖泊沉积物推断的塔特拉山脉(西喀尔巴阡山脉)晚冰期–全新世早期气候变化的差异响应

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》:Variable responses to the Late Glacial–Early Holocene climate change in the Tatra Mountains (Western Carpathians) inferred from lacustrine sediments

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月19日 来源:Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2.6

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   摘要在曾经冰川覆盖的山地区域,湖泊沉积物能有效追踪地貌对冰后期变化的响应。然而,塔特拉山脉南侧湖泊中保存的沉积记录迄今未受关注,其中包含的环境信号也知之甚少。在此,我们提供了高塔特拉山脉八个湖泊湖泊沉积相的详细特征。多指标分析结合放射性碳测年揭示了晚冰期 - 全新世早期湖泊对

  

摘要

在曾经冰川覆盖的山地区域,湖泊沉积物能有效追踪地貌对冰后期变化的响应。然而,塔特拉山脉南侧湖泊中保存的沉积记录迄今未受关注,其中包含的环境信号也知之甚少。在此,我们提供了高塔特拉山脉八个湖泊湖泊沉积相的详细特征。多指标分析结合放射性碳测年揭示了晚冰期 - 全新世早期湖泊对环境变化的特定响应,强调了局部地形和湖泊形态对沉积相演化的影响。总体而言,研究湖泊中回收的基础沉积物由矿物成因相代表。最古老的矿物成因相通常由细且规则层理的粘土和粉砂组成,被解释为纹泥,可能沉积直至约 13.7–13.3 kyr BP(距今年数),对应于晚波林 - 阿勒罗德间冰期。这种沉积模式的终止及其向更均质或不规则层理泥质的过渡表明融水动力发生了变化,可能反映了来自持续冰冻圈来源的稳定年度融水贡献减少,可能包括碎屑覆盖的残留冰川和/或岩石冰川。灰泥代表了覆盖在矿物成因沉积物之上的另一种主要相。其在研究湖泊中异时发生的起始时间,估计范围约为 12.2 至 8.4 kyr BP,似乎受到新仙女木边缘冰川终止和硅质碎屑输入量的调节。

引言

山地湖泊是塔特拉山脉的典型特征,见证了其冰后期历史。位于西喀尔巴阡山脉(斯洛伐克 - 波兰边境)的塔特拉山脉代表了喀尔巴阡山脉最北端且最高的山体,在格尔拉赫峰(Gerlachovsky ?tít)达到海拔 2656 米(图 1A, B)。在末次冰盛期(LGM),塔特拉山脉约有 55 个冰川系统(图 1C)覆盖了约 280 平方公里的区域(Zasadni and K?apyta, 2014)。已发表的冰碛物复合体暴露年龄表明冰川在 26–21 kyr 和约 18 kyr 时稳定,末端高程约为海拔 1000 米(Makos et al., 2014, Makos et al., 2018; Engel et al., 2015, Engel et al., 2017)。14.6–12.9 kyr 的波林/阿勒罗德(B/A)升温(Cronin, 2010)导致塔特拉山脉冰川作用的终止(Zasadni and K?apyta, 2016; Zasadni et al., 2020)。对海拔 1600 米以上塔特拉山脉湖泊沉积物的放射性碳测年也表明,无冰湖盆可能不晚于 16–13.6 kyr 就已存在(Baumgart-Kotarba and Kotarba, 1993; K?apyta et al., 2016)。新仙女木(YD, 12.9–11.5 kyr)(Cronin, 2010)期间的冰川作用复兴导致了较小的冰斗冰川和岩石冰川的重新形成(Engel et al., 2015; Zasadni and K?apyta, 2016; Zasadni et al., 2022)。对冰碛物和岩石冰川的 10Be 宇宙成因测年表明,永久冻土融化和岩石冰川稳定的最后阶段推迟到了全新世早期,但不晚于 10.4 kyr(Zasadni et al., 2020)。
塔特拉山脉的冰川消退导致了冰斗、槽谷和冰碛间洼地内湖泊的形成(K?apyta et al., 2016; Hre?ko et al., 2012)。冰川湖泊的沉积档案以前主要研究塔特拉山脉的波兰一侧。通常识别出两个具有明确边界的不同的湖泊岩性地层剖面(见 K?apyta et al., 2016)。下部剖面由晚冰期浅灰色粉砂组成,厚达 1.5 米并夹杂砂层,沉积于干燥和寒冷的冰缘条件下(Baumgart-Kotarba et al., 1990; Wicik, 1986; K?apyta et al., 2016),这为微植物群和底栖动物创造了恶劣的条件(Marciniak and Cie?la, 1983; Vidhya et al., 2019)。上部剖面由冰后期棕色碎屑灰泥组成,沉积于显著温暖的气候条件下。这种转变使得底栖生物得以繁衍(Marciniak and Cie?la, 1983; Vidhya et al., 2019),林线从约 1200 米上升到 1500 米海拔,并稳定了斜坡(Libelt and Obidowicz, 1994; Obidowicz, 1996; Rybní?ková and Rybní?ek, 2006)。
冰后期山地湖泊是过去环境条件的宝贵自然档案。湖泊沉积物包含矿物成因物质、有机质和生物遗骸,记录了湖内和周围流域发生的过程。因此,冰后期湖泊中的沉积相可以作为过去环境和气候变化的敏感示踪剂(Battarbee, 2000; Cohen, 2003; Last and Smol, 2001)。然而,塔特拉山脉南侧湖泊中的沉积档案迄今未受关注,其中包含的环境信号仍然知之甚少。
2016 年至 2021 年间进行的综合古湖泊学研究旨在弥补这一空白。研究产生了大量新数据,为获得该地区冰盛期后历史的宝贵见解提供了机会。我们之前的试点研究(Dhavamani et al., 2022a, Dhavamani et al., 2022b)基于声学调查,揭示了研究湖泊底部地形、沉积相厚度及声学特性的显著变异性,这些特性被定义为声学单元。本研究在此基础上,提供了来自岩芯的湖泊相的详细特征,包括其粒度、矿物成分和化石遗骸。利用放射性碳测年,我们确定了已识别湖泊相的年龄和沉积速率,并记录了塔特拉山脉湖泊中纹泥沉积的首次出现。我们利用化石摇蚊和硅藻组合重建了其沉积期间的古环境,通过地形分析表征湖泊和流域形态计量学,并整合这些数据集以解释湖泊的沉积演化,并评估持续冰冻圈来源在维持纹泥形成中的可能作用。

章节片段

研究区域

调查的湖泊位于高塔特拉山脉的斯洛伐克一侧,这是塔特拉山脉(也是喀尔巴阡山脉)最高的部分,有 26 座山峰超过海拔 2500 米。令人印象深刻的塔特拉山脉地形是年轻中新世 - 第四纪构造和更新世冰川侵蚀的产物。塔特拉下部断层,一条具有主要倾向滑动运动学的显著断层,划分了塔特拉山脉的南部山前(图 1B)。这条断层适应了

湖泊选择

湖泊选择主要受限于现场可达性、保护限制以及禁止将研究材料通过直升机运输到几乎无法到达的湖泊。钻孔位点是根据以前的声学调查选择的。水深度低于 2 米的浅水湖泊,以及受岩崩、雪崩或泥石流严重影响的湖泊,由于钻孔和声呐方法的技术限制被排除在外(详情见 Dhavamani et al., 2022a, Dhavamani et al., 2022b),

湖泊沉积相

在湖泊沉积物中,已识别出四种未固结的沉积岩相,F1–F4,包含十个亚相(图 3),以及一个单独的孤立碎屑类别,后文称为相 F5。其中一些岩相以前已在声呐剖面中被识别为声学单元(Dhavamani et al., 2022a, Dhavamani et al., 2022b)。在以下文本和图 3 中,我们提供了相及其亚相的详细特征,包括矿物

讨论

本工作提出的所选塔特拉山脉湖泊的沉积记录提供了其约 15 kyr 长演化历史的见解,由来自 POP 的最古老可靠模型推导年龄估计值 15,265 yr BP(CrI: 14,785–15,784 yr BP)限定。在湖泊未固结的沉积填充物中,我们识别出四个主要岩相和十个亚相(图 3),提供了其形成过程中涉及过程的证据。与相和

结论

本研究调查了保存在高塔特拉山脉八个山地湖泊中的沉积沉积物,并提供了其形成期间环境变化动态的见解。总体而言,多样的硅质碎屑相特征化了晚冰期,而富有机质灰泥在全新世堆积。更仔细的检查揭示,除了区域气候变化外,每个湖泊在其流域中的位置、上游流域的几何形状以及

CRediT 作者贡献声明

D. Starek: 验证,方法论,调查,形式分析,概念化,写作 - 审查与编辑,写作 - 原始草稿。R. Pipík: 验证,方法论,调查,资金获取,形式分析,概念化,写作 - 原始草稿。R. Proke?ová: 验证,方法论,形式分析,概念化,写作 - 原始草稿。J. ?urka: 方法论,调查。R. Milovsky: 方法论,调查,形式分析,数据整理,

未引用参考文献

Barnes et al., 1994
Church and Gilbert, 1975
Lewis et al., 2002
Luckman, 1975
Matthews et al., 1997
Seierstad et al., 2002
Thys et al., 2019

竞争利益声明

作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系,这可能看似影响了本论文中报告的工作。

致谢

本工作得到了以下项目的资金支持:APVV-15-0292,APVV-20-0358,VEGA 2/0085/24,VEGA 02/0014/25,地球圈层综合研究卓越中心(ITMS:26220120064),以及地球历史中地球动力学过程与全球变化研究技术基础设施的完善(ITMS:26210120013),这些项目已通过欧洲区域发展基金共同资助。我们要向高塔特拉山地搬运工 - J. ?ev?ík, P. Valo, ?.表达我们的谢意。
D. Starek|R. Pipík|R. Proke?ová|J. ?urka|R. Milovsky|S. Milovská|P. Uhlík|M. Vidhya|L. ?atková|A. Biroň|R. Dhavamani|T. Chamutiová|M. Jambrovi?|L. Hamerlík|P. Bitu?ík
斯洛伐克科学院地球科学研究所,Dúbravská cesta 9, 84005 布拉迪斯拉发,斯洛伐克
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