引言
雅丹地貌是风蚀作用形成的地貌,分布于地球和行星表面,是研究大气过程和古环境变化的重要资料(Hedin, 1903; Greeley and Iversen, 1987; De Silva et al., 2010)。它们的形态包含了关于大气动态、气候变迁和地表过程的信息(Kite et al., 2013; Day and Kocurek, 2016; Urso et al., 2018)。简化模型预测在单向风的作用下雅丹地貌的纵横比约为4:1(Ward and Greeley, 1984)。但实际上,由于岩性、风和水流侵蚀以及构造和气候变化的综合作用,实际形态往往偏离这一理想比例(Brookes, 2001; Li et al., 2016; Pelletier, 2018)。为了捕捉这种多样性,早期的研究将雅丹地貌分为从形成初期到衰退期的四个阶段(Embabi, 1999; Brookes, 2001; Laity, 2011; Dong et al., 2012; Wang et al., 2018; Ding et al., 2020)。这种分阶段的分类方法被用于解释古环境转变以及侵蚀、沉积和气候之间的反馈关系(Sebe et al., 2011; Wu et al., 2019; Liang et al., 2019; Yang et al., 2021)。
大多数关于雅丹地貌的研究都集中在极度干旱的地区(Xia, 1987; Halimov and Fezer, 1989; Hu et al., 2017)。青海柴达木盆地是地球上最大的雅丹地貌分布区之一,其复杂的地貌类型是在厚层湖泊沉积物在构造作用下受风蚀作用形成的(Li et al., 2016; Hu et al., 2017)。在库姆塔格沙漠,河流和湖泊沉积物交错层在风蚀和流水侵蚀的共同作用下形成了多样化的、往往不规则的地形(Dong et al., 2012)。在敦煌雅丹国家地质公园,均匀的沉积层和平坦的地形使得地貌形态的变化更多受到双向风的影响而非岩石性质(Lin et al., 2026)。这些地区的地貌多样性由结构、岩性和风向的大尺度梯度决定。基于这些数据的演化模型侧重于雅丹地貌从形成到消亡的整个过程(Barchyn and Hugenholtz, 2015)。因此,成熟阶段的雅丹地貌特征较为明确,而早期阶段的特征则不太清楚。
河流沉积环境中的小型雅丹地貌研究较少。它们形成于较薄的洪泛层沉积物上,而非厚硬岩石上,并且是在历史时间尺度上形成的,覆盖面积较小,风和沉积底物的变化也较小。在罗布泊附近的区域,已经开始对这类受河流影响的雅丹地貌进行研究(Song et al., 2021),但它们的形成机制及其多样性控制因素尚未完全明了,即使是数值模型也难以准确模拟早期雅丹地貌的生长条件(Pelletier, 2018)。这类小型雅丹地貌的价值在于其形态的一致性。由于大尺度梯度较少,不同地点之间的主要差异在于地表各部分失去水分的时间。这类地貌比大型、长期存在的雅丹地貌更直接地记录了从沉积到侵蚀的转变过程,以及风蚀作用与地表水分历史之间的关系。
西部河西走廊的疏勒河下游地区为这类研究提供了理想的环境。这里的雅丹地貌高度大多在3米以下,远小于柴达木盆地的雅丹地貌(Fan et al., 2022)。它们形成于疏勒河和卢草沟河的统一全新世洪泛层上,主要受从东向东北方向的风影响。在一个小区域内, mo?na同时观察到从早期发展到接近完全平原化的各种形态,而这超出了为大面积雅丹地貌建立的分类系统的覆盖范围。该地区在历史时期也发生了干燥变化,曾经的绿洲遗迹、运河和河道标志着从定居洪泛区向风蚀地面的转变,为雅丹地貌的形成提供了时间上限(Luo et al., 2014; Dong et al., 2021; Li et al., 2023a; 2023b; Tang et al., 2023)。
本研究结合了实地调查、无人机(UAV)摄影测量和卫星图像,首先旨在为该地区建立一套具有明确定量和定性标准的分类系统;其次利用这些数据解读雅丹地貌的形态多样性,将其视为时间与空间的发展记录;最后评估风、河水流失和人类活动在这一发展过程中的相对作用,以及这些因素如何影响从沉积到侵蚀的转变过程。
章节摘录
研究区域
研究区域(东经95°16′12″–95°36′36″,北纬40°18′36″–40°35′42″)面积约为205平方公里,位于瓜州绿洲和敦煌绿洲之间,行政上属于中国西北部的瓜州县(图1)。该地区曾是古代瓜州绿洲的一部分,现在以雅丹地貌为特征。
该区域位于瓜州盆地,地处疏勒河下游,介于南部的祁连山脉和北部的北山山脉之间的断裂凹陷带(He et al., 2015; Guo et al., 2017)。
雅丹地貌的形态特征
根据分类框架(表2),四组雅丹地貌在形态上存在系统差异:Mesa组形成低矮的台地,Long-ridge组形成延长的山脊,Streamline组形成較短的流线型条带,Whaleback组形成低矮的泪滴形丘陵。雅丹地貌的长度跨度接近两个数量级(2.64–237米,平均37.81米),标准偏差(34.61米)接近平均值,表明其形态变化较大(图4a)。
发育过程
在八种形态类型中,有七种(M-B, L-B, L-N, S-C, S-L, W-B, W-L)可以按照发育顺序排列。M-I类型的发育过程尚不明确,将单独讨论。我们通过时间与空间的对应关系来解读这些形态,将空间上共存的形式视为同一发育路径上的连续阶段(Schumm and Lichty, 1965; Likens, 1989; Huang et al., 2019)。在这里,地质作用、初始地形和地表物质等因素共同影响了雅丹地貌的发育过程。
结论
本研究建立了疏勒河下游八种雅丹地貌类型的精细分类体系,将分类、形态测量、发育阶段和控制因素联系在一起。每种类型都由其形态参数定义,这些参数的系统性变化对应不同的发育阶段,而各阶段的顺序由各个子区域的水分流失时间决定。本研究的主要贡献在于...
作者贡献声明
郭丽英:撰写 – 审稿与编辑,撰写原始草案,可视化制作,资源协调,方法论设计,数据收集,概念化构建。 黄钦周:撰写 – 审稿与编辑,撰写原始草案,项目监督,资源协调,调研组织,数据管理,概念化构建。 孙志:可视化制作,资源协调,调研实施。 刘洋:资源协调,调研协助。 马国强:项目监督,项目管理,数据管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金的支持(项目编号:41971195)。
- 郭丽英 | 黄钦周 | 孙志 | 刘洋 | 马国强