MIS 3期间比亚尔卡河（Bia?ka River）引发了大规模的冲积作用，这一现象对塔特拉山脉（Tatra Mountains）的冰川以及河流侵蚀过程产生了进一步的影响

《CATENA》：MIS 3 vast alluviation by the Bia?ka River, and further implications to the Tatra glaciers and river incision.

光释光年代测定揭示塔特拉山脉Bia?ka河谷MIS 3期冰川与河流侵蚀并存，但缺乏显著下切，与MIS 2期形成对比。通过计算河流下切速率推断 Hurkotne 单位年龄为MIS 16，并表明自MIS 8以来该区域未发生深度侵蚀。

　　

雅努什·奥尔扎克（Janusz Olszak）| 拉法尔·克罗查克（Rafa? Kroczak）| 约瑟夫·库库拉克（Józef Kukulak）| 海伦娜·亚历山德森（Helena Alexanderson）

波兰克拉科夫AGH大学地质学、地球物理学与环境保护学院，米茨凯维奇街30号，邮编30-059

摘要

高山河流和基于湿地的山地冰川都被认为是有效的侵蚀作用因素。在第四纪晚期，它们在塔特拉山脉（西喀尔巴阡山脉）中交替或同时作用，产生了大量的碎屑物质，这些物质随后经历了沉积、重新加工和搬运过程。其中一小部分物质至今仍保存在塔特拉山脉以外的比亚尔卡河（Bia?ka River）流域中，成为冲积层的遗迹。这些曾经的河漫滩遗迹记录了冲积作用和河流侵蚀的过程。基于石英颗粒的新光释光数据表明，其中一个冲积层位于现今河床以上40至15米处，其形成时间可追溯至64.2万至26.7万年前。尽管这一时期主要受温带气候影响（MIS 3阶段），但数据显示在比亚尔卡河流域内，无论是冰川作用还是寒冷气候条件都并未占据主导地位。这也表明，在MIS 3阶段河流侵蚀作用并不明显，与随后的MIS 2阶段（包括末次冰盛期）形成了对比。根据光释光数据计算出的平均河流侵蚀速率表明：（i）胡尔科特内单元（Hurkotne unit）的残余冰碛形成于MIS 16阶段；（ii）自MIS 8以来，比亚尔卡河在塔特拉山脉段的河道并未发生显著加深。

引言

河流和山地冰川是重要的侵蚀力量。在某些条件下，冰川的侵蚀能力可能比河流侵蚀作用强出一个数量级以上，但两者都能达到类似的极端侵蚀速率（例如Brocklehrust和Whipple，2002年；Yao等人，2020年；Koppes，2022年）。冰川的侵蚀作用影响了山地地貌的演变，并调节了沉积物向下游河流系统的输送。理论认为，在冰川期沉积物大量堆积，而在温暖的间冰期和间冰阶期间则促进了河流侵蚀，导致河床下降（例如Woodward等人，2008年）。然而，在河流地貌学和地质年代学领域仍有一个重要的科学问题尚未解决：河流是否真的遵循这一理论框架？虽然河流确实会受到沉积和侵蚀的交替影响，从而导致河床的抬升或下降，但它们在冰川期是否始终持续积累沉积物，而在温暖时期则进行侵蚀？最终，侵蚀和沉积动态塑造了流域的源头，显著影响了水流和沉积物向下游河流的输送，并在河流系统的长期演变中起着关键作用（例如Owen等人，2009年；Olszak，2011年；Cordier等人，2017年；Allard等人，2021年）。

塔特拉山脉以北的地区（也称为塔特拉地区），即古巴洛夫斯基山麓（Guba?owskie Foothills）和奥拉瓦-诺维塔尔格山间盆地（Orawa-Nowy Targ Intermontane Basin），在过去五十年中成为地质构造、年代地层学以及冲积沉积物研究的重点区域。关于冰川及相关沉积物的研究可追溯到维多利亚时代早期（Zejszner，1856年）。塔特拉山脉及其周边地区是欧洲研究河流和冰川过程及地貌的理想自然实验室。这是因为这些高山在第四纪期间经历了多次山谷冰川作用，冰川是改变河流上游流域并推动下游河流过程的重要因素。冰川和河流带来的沉积物输入、水流能量以及地质构造的相互作用共同决定了河流系统的边界（例如Cordier等人，2017年；Preusser等人，2021年；Pfander等人，2022年）。河流通过堆积、侧向侵蚀和切割来响应各种扰动，从而在其阶地上记录了与气候和沉积物输入相关的信号以及地质构造现象（例如Bogaart和van Balen，2000年；Hancock和Anderson，2002年；Olszak，2017a；Yu等人，2024年）。这些记录为理解河流地貌的发展提供了宝贵信息，包括河流系统和阶梯状地形的演变（Cordier等人，2017年）。尽管这些现象在全球范围内得到了广泛研究，但在塔特拉山脉及其周边地区的研究相对较少。关于冲积沉积物的确切地质年代及其数据意义仍有一些未解之谜。尽管出露岩层较为罕见，但比亚尔卡河谷仍然是研究河流和冰川地貌的重要地点，该地区保存了最完整的冰川和河流沉积物。

多项多指标研究确定了塔特拉山脉北部地区沉积物沉积和河流侵蚀的时间尺度，但这一地区在第四纪晚期的具体演变过程仍不完全清楚（Baumgart-Kotarba，1978年；Baumgart-Kotarba，1983年；Lindner等人，1993年；Pliszczyńska，2012年；Olszak等人，2016年；Olszak等人，2019年）。最初，塔特拉山脉前陆的冲积沉积物被认为与Penck和Brückner（1909年）提出的冰川系统有关，这一观点在阿尔卑斯山地区得到了广泛验证（Günz、Mindel、Riss和Würm）。随着基于光释光测年的年代学研究的进展，这一联系得到了进一步证实。Olszak等人（2016年；Olszak等人，2019年）对冲积沉积物堆积与冰川期的关联提出了质疑，他们在塔特拉山脉前陆的远端发现了多个冲积层，证明这些沉积物主要形成于温带气候条件下。尽管新的地质年代数据支持这些沉积物形成于雨季，但研究仍需继续。特别是前陆近端的沉积作用时间尺度尚未确定。迄今为止，地质年代学研究仅限于河流下游部分，测得的OSL（光释光）年龄范围为27.1万至1.82万年前（Olszak等人，2019年），但尚未获得MIS 2阶段的年龄数据。

本研究进一步分析了比亚尔卡河谷的地质年代情况，提供了有关冲积沉积物年龄的新数据。几年前，Szczygie?等人（2020年）利用洞穴沉积物数据研究了比亚尔卡河谷西侧的塔特拉山脉山谷。根据他们的研究结果，过去30万年间该地区既没有发生冰川作用也没有河流侵蚀作用导致的河谷加深。本文利用我们的数据尝试解析比亚尔卡河谷的这一现象，可能将其扩展到更东部的区域。

此外，我们还探讨了过去的冰川作用时间。至少有三股不同的山地冰川曾在该河谷活动，其冰碛遗迹至今仍保存在比亚尔卡河谷的西坡。其中一股冰川可追溯至末次冰盛期（LGM）。另外两股冰川的残余冰碛年龄尚不确定，但据推测胡尔科特内单元（Hurkotne unit）是该地区最古老的冰碛（Zasadni等人，2021年）。我们的数据用于计算河流侵蚀速率，并将其回溯至过去，从而确定了胡尔科特内单元在地质年代框架中的位置。

研究区域与背景

本研究基于在波兰西喀尔巴阡山脉比亚尔卡河谷中段（位于?ysa Polana和Nowa Bia?a之间，见图1和图2）进行的调查。这条河流发源于塔特拉山脉，穿越Podhale山间盆地（代表塔特拉山脉北部前陆），最终注入Czorsztyn湖。比亚尔卡河谷在Podhale盆地的南部最为深切（最深处达250米）

T4阶地的沉积物采样

为了进行光释光（OSL）测年，本研究在Jurgów村附近的两个新发现的地层地点采集了三个样品（见图3）。第四个样品来自之前的地质年代学研究（Olszak等人，2019年），该样品采集自比亚尔卡塔特拉尼亚斯卡村（Bia?ka Tatrzańska）附近的冲积层。

冲积沉积物

本文讨论了T4阶地中的冲积沉积物。这些沉积物作为古代河漫滩的遗迹，在河谷中分布稀疏（见图3）。该阶地相对于现今河床的海拔从下游的15米（Pieniny Klippen带）开始，向上迅速升高，在BIT6采样点达到34米，在Czarna Góra的河谷右侧达到40米。

沉积物年龄测定

正偏态的剂量分布可能表明沉积物未完全褪色（例如Olley等人，1999年），但其中一个样品（JUR1）的过分散程度与褪色完全的样品相似（表1；Arnold和Roberts，2009年）。然而，JUR3样品的过分散程度较高（41%），无法排除褪色不完全和年龄高估的可能性。JUR3和JUR2样品中也存在剂量较高的情况。

结论

在过去的十年中，所有关于冰川和河流地貌及沉积物的区域年龄框架都是基于一个既定公式构建的，即冰川期=冰川侵蚀+河流堆积，间冰期=河流侵蚀。然而，在受气候控制的环境中，这一模型已被多项研究重新审视，现在应在西喀尔巴阡山脉的冰川和河流环境中重新考虑。

作者贡献声明

雅努什·奥尔扎克（Janusz Olszak）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、研究监督、资源获取、方法论设计、资金申请、数据管理、概念构建。拉法尔·克罗查克（Rafa? Kroczak）：初稿撰写、数据可视化、方法论设计、研究实施。约瑟夫·库库拉克（Józef Kukulak）：初稿撰写、数据可视化、研究实施。海伦娜·亚历山德森（Helena Alexanderson）：初稿撰写、数据可视化、研究实施、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了AGH大学项目的支持。三位匿名审稿人的建设性评论对我们来说非常有价值。