青藏高原：告訴你我“長高”的秘密

地球第三極

在形成今日之“高大”面貌之前

其實還發(fā)育了一個

低海拔的溫熱的“谷地”

歷時20余年，在第二次青藏科考的支持下，中國科學院院士、中國科學院青藏高原研究所（以下簡稱青藏高原所）研究員丁林領銜的碰撞隆升及影響團隊，通過構造地質演化、巖石圈深部結構、古高度、古溫度、古植被分析和古氣候模擬等多領域、多手段的綜合研究，刻畫了青藏高原隆升前低海拔“中央谷地”的面貌與歷史過程。相關研究于2月10日發(fā)表在《科學進展》雜志。

高升前的“低谷”

青藏高原隆升過程復雜

且經(jīng)歷了漫長的歷史時期

其隆升的地球動力學過程

仍存在爭議

有觀點認為

在距今5300萬年到3600萬年的始新世，高原南部最先達到海拔最高地區(qū)，隨后向北隆升。

另一種觀點認為

在始新世，高原中部是海拔最高的地區(qū)，形成青藏高原雛形，然后從中新世開始向南擴展成喜馬拉雅山脈，向北擴展到青藏高原北部的昆侖山，祁連山地區(qū)。

論文第一作者、青藏高原所博士熊中玉介紹，印度板塊與歐亞板塊碰撞后，在高大的岡底斯造山帶和中央分水嶺造山帶之間，曾發(fā)育一個與現(xiàn)今地貌完全不同的“低海拔中央谷地”。它自西向東，沿現(xiàn)在的日土—改則—尼瑪—班戈—那曲—丁青一線展布。

“但它何時隆升到現(xiàn)今高度，導致中央谷地隆升的內(nèi)源驅動力又是什么？我們還不清楚。”丁林表示，準確量化隆升過程及特征對于評估其對大氣和地表過程的影響至關重要。

自1997年起，丁林帶領團隊持續(xù)在位于中央谷地中部的倫坡拉盆開展野外考察，試圖解開這個謎團。

倫坡拉盆地隸屬西藏自治區(qū)班戈縣，面積約3600平方千米，海拔約4700米，年平均溫約0℃，年降水量400-500毫米，屬于典型的高寒季風性氣候，是研究青藏高原隆升歷史、機制及環(huán)境-生物效應的熱點地區(qū)。

丁林帶領團隊在中央谷地中部的倫坡拉盆開展野外考察

圖片來源：中科院青藏高原所

火山灰中找“密碼”

火山灰?guī)r層是盆地中

沉積下來的

古代火山噴發(fā)的火山灰

可用于準確限定

地層的形成時代和絕對年齡

地層的絕對年齡

類似于一個“標尺”

只有在這個標尺的基礎上

研究人員才能精確的

重建地球各個圈層的演化過程

研究團隊在盆地內(nèi)共發(fā)現(xiàn)了9套火山灰，利用鋯石鈾鉛測年的方法，確定了火山灰的絕對年齡，建立了倫坡拉盆地5000-2000萬年前沉積地層絕對年代框架。

研究表明，下部牛堡組地層沉積年代為5000-2900萬年前，上部丁青組地層沉積年代為2900-2000萬年前。

倫波拉盆地火山凝灰?guī)r的鋯石 U-Pb 年齡。淺藍色圓圈表示每個樣本的 Concordia 年齡。( A ) 白堊紀馬登組火山巖。( B ) 牛堡組下段上部凝灰?guī)r。( C - E ) 牛堡組中段凝灰?guī)r。( F ) 丁慶組下段凝灰?guī)r。MSWD，均方加權偏差。( G ) 丁慶組中段凝灰?guī)r。( H和I ) 丁慶組上段凝灰?guī)r。圖片來源：《Science Advances》

在此年代框架基礎上，研究團隊與英國布里斯托大學古氣候模擬團隊合作，首次在青藏高原上利用古氣候模擬的方法，確定了青藏高原中央谷地的降雨模式為冬、夏兩個季節(jié)的雙峰式。

同時，結合降雨量、地表蒸散和土壤水分含量等，揭示了古土壤鈣質結核的形成季節(jié)：牛堡組下部古土壤鈣質結核的形成時間為3月~6月，而牛堡組上部古土壤鈣質結核的形成時間則限定在5月~6月和9月兩個階段。

深部圈層為“內(nèi)生動力”

基于古土壤鈣質結核團簇同位素數(shù)據(jù)確定的地表古溫度，研究團隊還創(chuàng)造性地使用地表空氣濕球溫度和濕球氣溫直減率定量恢復了倫坡拉盆地地表高度變化歷史。

（圖A）在始新世晚期至漸新世早期，谷底以每年 0.24 至 0.27 毫米的速度迅速上升約 2.4 至 2.7 公里，西藏中部可能在漸新世晚期達到其近現(xiàn)在的高度（圖 7B）圖片來源：《Science Advances》

研究結果表明，約5000-3800萬年前，青藏高原呈現(xiàn)為“兩山夾一盆”的地貌特征，岡底斯山脈海拔約4500米、中央分水嶺山脈海拔約4000米，它們之間夾著海拔約1700米的中央谷地。中央谷地氣候溫暖濕潤，降水由西風和季風共同主導，亞熱帶動植物繁盛，是高原內(nèi)部的“香格里拉”。

約3800-2900萬年前，以倫坡拉盆地為代表的中央谷地快速隆升為海拔超過4000米的高原，這也標志著青藏高原主體部分形成。

伴隨中央谷地隆升和全球氣候變冷，高原中部溫度顯著下降，降水減少，并且南部季風作用相對增強。氣候變化導致高原中部從溫暖濕潤的亞熱帶生態(tài)系統(tǒng)轉變?yōu)楹涓稍锏母吆鷳B(tài)系統(tǒng)，主要地表植被為高山草甸。

結合團隊前期研究，該成果還進一步指出，雅魯藏布江縫合線以北，從造山帶發(fā)展為高原主體的時間為晚始新世-早漸新世（3800-2900萬年），而雅魯藏布江縫合線以南的喜馬拉雅山脈于中新世早期（2500-1500萬年）才達到現(xiàn)在高度。

丁林介紹，導致中央谷地隆升的深部地球動力學機制，是俯沖的拉薩地幔拆沉、軟流圈物質上涌及上部地殼縮短。中央谷地的隆升是青藏高原對地表圈層環(huán)境的巨大影響的開始。

該研究打通了

圈層隔離和科學界線

在青藏高原各圈層

時空演化研究方面

邁出了堅實一步

對青藏高原

地球系統(tǒng)科學研究

具有重要示范作用

—THE END—

來源：中國科學報 監(jiān)制：馬蓮 編輯：吳楠

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