新疆塔里木盆地是我國最大的內(nèi)陸盆地，面積達(dá)56萬平方公里。盆地地勢西高東低，最低處位于盆地東部已經(jīng)干涸的羅布泊湖盆中。現(xiàn)有“死亡之�！敝Q的羅布泊已無湖水長期存在的跡象。在地質(zhì)歷史里，塔里木盆地的主要水系塔里木河、孔雀河、車爾臣河等皆匯流羅布泊內(nèi)，帶來了豐富的物質(zhì)供應(yīng)。而流域尾閭湖地球化學(xué)組成的變化依賴于流域源-匯體系的變化與調(diào)整，研究源-匯過程對于區(qū)域水文、礦產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境演化等有著重要意義。然而，現(xiàn)在地表地球化學(xué)特征及長時(shí)間尺度塔里木盆地源-匯過程及其背后的主導(dǎo)機(jī)制仍不明晰。

基于此，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃土與氣候變化團(tuán)隊(duì)以塔里木盆地現(xiàn)代不同季節(jié)河水及晚更新世以來羅布泊干鹽湖鉆孔沉積物為研究對象，通過現(xiàn)代流域河水總?cè)芙夤腆w（TDS）及堿度（DIC）、鉆孔沉積物總碳（TC）及無機(jī)碳（Paleo-IC）含量指標(biāo)，重建了中亞干旱化背景下塔里木盆地河流源-匯體系演化及羅布泊水文供應(yīng)的變化史。

圖1 塔里木盆地現(xiàn)代地表TDS分布特征

圖2 塔里木盆地現(xiàn)代地表DIC分布特征

現(xiàn)代河水?dāng)?shù)據(jù)分析表明，塔里木盆地水系徑流量分布及流域化學(xué)風(fēng)化存在顯著的季節(jié)性差異：TDS值在雨季平均值較低且僅分布少數(shù)峰值，在旱季則平均值較高，流域TDS峰值增多（圖1）；DIC在雨季平均值較高，峰值集中于北部阿克蘇河及天山地區(qū)，旱季全流域高值較多，包括阿克蘇河、和田河、車爾臣河、尾閭區(qū)等（圖2）。對比發(fā)現(xiàn)，徑流量影響溶解質(zhì)蒸發(fā)-濃縮過程，調(diào)控了流域TDS分布；而碳酸鹽化學(xué)風(fēng)化則在旱季受到了徑流量的限制，風(fēng)化產(chǎn)物主要由盆地南部車爾臣河流域運(yùn)輸至低地尾閭湖區(qū)。雨季時(shí)期，塔里木盆地北部水系的高徑流量及相對較強(qiáng)的化學(xué)風(fēng)化則揭示了尾閭湖區(qū)“匯”的北部貢獻(xiàn)較高（圖3）。

圖 3塔里木河流域現(xiàn)代地表化學(xué)風(fēng)化-徑流輸入特征及鉆孔沉積物長時(shí)調(diào)控因素示意圖

基于以上現(xiàn)代過程探討的風(fēng)化-徑流輸入機(jī)制是否在流域地質(zhì)歷史時(shí)期也發(fā)揮著同樣的主導(dǎo)作用，在晚更新世24.5ka以來羅布泊沉積物物源供應(yīng)穩(wěn)定的背景下，鉆孔總碳含量指標(biāo)敏感響應(yīng)了末次冰盛期（LGM）和全新世暖濕期等全球及區(qū)域氣候背景（圖4）。

圖4?塔里木河流域現(xiàn)代地表化學(xué)風(fēng)化分布特征與鉆孔24.5ka以來沉積物指標(biāo)對比

結(jié)合重建無機(jī)碳指標(biāo)及區(qū)域河流地貌證據(jù)，羅布泊在“冷干”的末次冰盛期主要受流域南部河流物質(zhì)補(bǔ)給，在全新世暖濕期則由流域北部孔雀河等補(bǔ)給（圖5）。這樣的古今一致性啟示了存在長時(shí)間尺度控制因素對流域氣候-水文要素進(jìn)行宏觀調(diào)控：軌道及亞軌道尺度，氣候歲差調(diào)控地球氣候的季節(jié)性變化。如全新世暖濕期增強(qiáng)的氣候季節(jié)性差異“放大”了沉積物中的“雨季”信號，使“瞬時(shí)沉積”能夠不斷積累并保存在地層中成為“長時(shí)沉積”（圖4）。

圖5?地質(zhì)歷史時(shí)期塔里木盆地水系變化示意圖

研究表明，現(xiàn)代過程對于古環(huán)境尤其是“源-匯”系統(tǒng)的重建具有重要意義。重建高分辨率流域源-匯變化史，為盆地成礦元素的富集、生態(tài)環(huán)境循環(huán)鹽湖碳埋藏等研究提供重要地質(zhì)證據(jù)參考。

該研究成果近期發(fā)表在國際期刊Catena上，研究工作得到深地國家科技重大專項(xiàng)、昆侖英才·高端創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才-領(lǐng)軍人才和國家自然科學(xué)基金的共同資助。

Jiaxin Luo, Maoyong He, Hong Chang, Jun Xiao, Huihui Rao. From Tarim River to Lop Nur Salt Lake: Evaluating fluvial source-to-sink system change in a context of millennial-scale climate change. Catena (2025): 109604.

https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109604