丁林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在中央谷地中部的倫坡拉盆地開(kāi)展野外考察（中科院青藏高原所 供圖）
地球第三極青藏高原如今平均海拔4000米，在形成今日之“高大”面貌之前，青藏高原其實(shí)還發(fā)育了一個(gè)低海拔的溫?zé)帷肮鹊亍薄?/p>
從“谷地”到“世界屋脊”，是如何演化的？其隆升過(guò)程又對(duì)今天的青藏高原環(huán)境有著怎樣的影響？這些都是青藏高原上尚未解開(kāi)的謎題。
歷時(shí)20余年，在青藏高原地球系統(tǒng)基礎(chǔ)科學(xué)中心和第二次青藏科考的支持下，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)青藏高原所）研究員丁林領(lǐng)銜的碰撞隆升及影響團(tuán)隊(duì)，通過(guò)構(gòu)造地質(zhì)演化、巖石圈深部結(jié)構(gòu)、古高度、古溫度、古植被分析和古氣候模擬等多領(lǐng)域、多手段的綜合研究，刻畫(huà)了青藏高原隆升前低海拔“中央谷地”的面貌與歷史過(guò)程。相關(guān)研究于近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志。
高升前的“低谷”
青藏高原隆升過(guò)程復(fù)雜，且經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，其隆升的地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程仍存在爭(zhēng)議。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，在距今5300萬(wàn)年到3600萬(wàn)年的始新世，高原南部最先達(dá)到海拔最高地區(qū)，隨后向北隆升；另一種觀點(diǎn)認(rèn)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(kāi)始向南擴(kuò)展成喜馬拉雅山脈，向北擴(kuò)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(gè)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)在的西藏日土—改則—尼瑪—班戈—那曲—丁青一線(xiàn)延伸。
“但它何時(shí)隆升到現(xiàn)今高度，導(dǎo)致中央谷地隆升的內(nèi)源驅(qū)動(dòng)力又是什么？我們還不清楚?！闭撐耐ㄓ嵶髡叨×直硎?，準(zhǔn)確量化隆升過(guò)程及特征對(duì)于評(píng)估其對(duì)大氣和地表過(guò)程的影響至關(guān)重要。
自1997年起，丁林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)在位于中央谷地中部的倫坡拉盆地開(kāi)展野外考察，試圖解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)。
倫坡拉盆地隸屬班戈縣，面積約3600平方千米，海拔約4700米，年平均氣溫約0℃，年降水量400~500毫米，屬于典型的高寒季風(fēng)性氣候，是研究青藏高原隆升歷史、機(jī)制及環(huán)境—生物效應(yīng)的熱點(diǎn)地區(qū)。
火山灰中找“密碼”
“火山灰?guī)r層是盆地中沉積下來(lái)的古代火山噴發(fā)的火山灰，可用于準(zhǔn)確限定地層的形成時(shí)代和絕對(duì)年齡。地層的絕對(duì)年齡類(lèi)似于一個(gè)'標(biāo)尺’，只有在這個(gè)標(biāo)尺的基礎(chǔ)上，我們才能精確地重建地球各個(gè)圈層的演化過(guò)程。”熊中玉說(shuō)。
研究團(tuán)隊(duì)在盆地內(nèi)共發(fā)現(xiàn)了9套火山灰，利用鋯石鈾鉛測(cè)年的方法，確定了火山灰的絕對(duì)年齡，建立了倫坡拉盆地5000萬(wàn)至2000萬(wàn)年前沉積地層的絕對(duì)年代框架。
研究表明，盆地下部牛堡組地層沉積年代為5000萬(wàn)至2900萬(wàn)年前，上部丁青組地層沉積年代為2900萬(wàn)至2000萬(wàn)年前。
在此年代框架基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)與英國(guó)布里斯托大學(xué)古氣候模擬團(tuán)隊(duì)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(gè)季節(jié)的雙峰式。
同時(shí)，結(jié)合降雨量、地表蒸散和土壤水分含量等，揭示了古土壤鈣質(zhì)結(jié)核的形成季節(jié)：牛堡組下部古土壤鈣質(zhì)結(jié)核的形成時(shí)間為3至6月，而牛堡組上部古土壤鈣質(zhì)結(jié)核的形成時(shí)間則限定在5至6月和9月兩個(gè)階段。
深部圈層為“內(nèi)生動(dòng)力”
基于古土壤鈣質(zhì)結(jié)核團(tuán)簇同位素?cái)?shù)據(jù)確定的地表古溫度，研究團(tuán)隊(duì)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(fù)了倫坡拉盆地地表高度變化歷史。
研究結(jié)果表明，約5000萬(wàn)至3800萬(wàn)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(rùn)，降水由西風(fēng)和季風(fēng)共同主導(dǎo)，亞熱帶動(dòng)植物繁盛，是高原內(nèi)部的“香格里拉”。
約3800萬(wàn)至2900萬(wàn)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(guò)4000米的高原，這也標(biāo)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(fēng)作用相對(duì)增強(qiáng)。氣候變化導(dǎo)致高原中部從溫暖濕潤(rùn)的亞熱帶生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)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(jié)合團(tuán)隊(duì)前期研究，該成果還進(jìn)一步指出，雅魯藏布江縫合線(xiàn)以北，從造山帶發(fā)展為高原主體的時(shí)間為晚始新世至早漸新世（3800萬(wàn)至2900萬(wàn)年），而雅魯藏布江縫合線(xiàn)以南的喜馬拉雅山脈于中新世早期（2500萬(wàn)至1500萬(wàn)年）才達(dá)到現(xiàn)在的高度。
丁林介紹，導(dǎo)致中央谷地隆升的深部地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制，是俯沖的拉薩地幔拆沉、軟流圈物質(zhì)上涌及上部地殼縮短。中央谷地的隆升是青藏高原對(duì)地表圈層環(huán)境的巨大影響的開(kāi)始，該研究打通了圈層隔離和科學(xué)界限，在青藏高原各圈層時(shí)空演化研究方面邁出了堅(jiān)實(shí)一步，對(duì)青藏高原地球系統(tǒng)科學(xué)研究具有重要示范作用。
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