第四纪冰冻圈——全球变化长尺度研究
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第四纪冰冻圈与岩石圈运动
冰冻圈与岩石圈有密切的互动关系。地质历史上的大冰期均与海陆板块分布格局存在耦合。第四纪期间，全球大陆板块分布格局虽无较大的变化，但新构造运动活跃区域，数千米的垂直抬升量则足以改变水热环流，从而对冰冻圈产生重大影响和响应。研究表明，欧洲阿尔卑斯山于新近纪已达海拔 2 500—3 000 m。距今 3.5 Ma 开始，部分较高的山地开始发育冰川。至 MPT，阿尔卑斯山大范围进入冰冻圈并开始发育冰盖。在南美安第斯山中部，古植物证据显示 20 Ma 前时，平均海拔高度不足现代（3 700 m）的 1/3，自距今 12—9 Ma 至今，平均抬升幅度为 1705±695 m。在山地抬升的同时，气候也在逐渐变冷，两者的耦合导致了距今 7.0—4.6 Ma 巴塔哥尼亚地区发生冰川作用。至距今 1.2 Ma，巴塔哥尼亚地区形成了更新世最大的冰帽。随着气候的进一步变冷和山脉的逐渐抬升，安第斯山中低纬度地区也依次进入冰冻圈而发育冰川。安第斯山北部进入冰冻圈发育冰川的时间则要晚很多，最大范围的冰川作用出现在 MIS8—MIS6。
研究表明青藏高原在上新世处于准平原状态，大致海拔 1 000 m。距今 3.6 Ma 的上新世晚期发生“青藏运动”，开始新一轮隆升。经过 A、B、C 3 幕抬升和昆黄运动，在距今约 0.8 Ma，高原面达到 3 000 m 以上，高原残山和周边的山脉达到更高的高度，于 MPT 发生较大规模的冰川作用，标志着此时高原进入了冰冻圈。此后继续上升，每到冰期，冰川扩展，间冰期，冰川退缩。尤其是经过“共和运动”，高原逐渐接近现在的高度；即使到了间冰期，仍然能够残留大量的山地冰川，成为地球上低纬度冰冻圈的主体。现已确定，青藏高原在更新世发生了希夏邦马冰期、昆仑冰期、中梁赣冰期、古乡冰期和大理冰期。这 5 次冰川作用期分别对应于 MIS22、MIS16、MIS12、MIS6 和 MIS4—MIS2。高原山地冰川对全新世新冰期、小冰期也有积极响应。
青藏高原隆升对冰冻圈有反馈作用。有学者认为，青藏高原抬升引起化学风化加强，消耗大气中的 CO2，发生“冰室效应”而使气候变冷，距今 2.6 Ma 北半球大冰盖启动很可能与此有关。也有学者推测，昆黄运动使青藏高原上升到 3 000 m 以上高度，不排除导致 MPT 事件可能性。这些大胆的推论，尚需要进一步探讨。但是，这的确说明了第四纪冰冻圈与青藏高原隆升之间可能存在的联系。显而易见的是，青藏高原隆升造就了中国三级阶梯的大地貌格局和世界上最强大的亚洲季风气候系统，表现出最典型的三向地带性，形成中国三大自然区域，深刻影响了中国乃至整个亚洲的气候环境。
冰冻圈与岩石圈之间的互动还反应在地壳均衡构造方面。冰盖足够强大时，导致地壳下沉，退缩后引起地壳回升。例如，在更新世冰川作用最盛时，劳伦泰冰盖中心区的均衡下沉幅度可能超过了 900 m。冰期之后大冰盖区普遍出现反弹抬升。例如，北美曾抬升 300 m 左右，芬诺斯坎底亚抬升 307 m。在哈德逊湾的东南角，全新世期间的平均抬升速率超过了 30 m · ka-1，现在仍然有 13 m · ka-1。全新世早期的抬升速率应该远超过 30 m · ka-1。