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作者 ｜ 韓揚眉

丁林帶領團隊在中央穀地中部的倫(lun) 坡拉盆地開展野外考察。青藏高原所供圖

地球第三極青藏高原如今平均海拔在4000米以上，被稱為(wei) “世界屋脊”。但在形成今日之“高大”麵貌之前，青藏高原其實還發育了一個(ge) 低海拔的溫熱的“穀地”。

從(cong) “穀地”到“世界屋脊”是如何演化的？其隆升過程又對今天的青藏高原環境有著怎樣的影響？這些都是關(guan) 於(yu) 青藏高原尚未解開的謎題。

曆時20餘(yu) 年，在第二次青藏科考的支持下，中科院院士、中科院青藏高原研究所（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、岩石圈深部結構、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“中央穀地”的麵貌與(yu) 曆史過程。相關(guan) 研究近日發表於(yu) 《科學進展》。

高升前的“低穀”

青藏高原隆升過程複雜，且經曆了漫長的曆史時期，其隆升的地球動力學過程仍存在爭(zheng) 議。

有觀點認為(wei) ，在距今5300萬(wan) 年到3600萬(wan) 年的始新世，高原南部最先成為(wei) 海拔最高地區，隨後向北隆升；另一種觀點認為(wei) ，在始新世，高原中部是海拔最高的地區，形成青藏高原雛形，然後從(cong) 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(lun) 山以及祁連山地區。

論文第一作者、青藏高原所博士熊中玉介紹，印度板塊與(yu) 歐亞(ya) 板塊碰撞後，在高大的岡(gang) 底斯造山帶和中央分水嶺造山帶之間，曾發育一個(ge) 與(yu) 現今地貌完全不同的“低海拔中央穀地”。它自西向東(dong) ，沿現在的日土—改則—尼瑪—班戈—那曲—丁青一線展布。

“但它何時隆升到現今高度，導致中央穀地隆升的內(nei) 源驅動力又是什麽(me) ？我們(men) 還不清楚。”論文通訊作者丁林表示，準確量化隆升過程及特征對於(yu) 評估其對大氣和地表過程的影響至關(guan) 重要。

自1997年起，丁林帶領團隊持續在位於(yu) 中央穀地中部的倫(lun) 坡拉盆地開展野外考察，試圖解開這個(ge) 謎團。

倫(lun) 坡拉盆地隸屬班戈縣，麵積約3600平方千米，海拔約4700米，年平均溫度約0℃，年降水量400~500毫米，屬於(yu) 典型的高寒季風性氣候，是研究青藏高原隆升曆史、機製及環境—生物效應的熱點地區。

火山灰中找“密碼”

“火山灰岩層是盆地中沉積下來的古代火山噴發的火山灰，可用於(yu) 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於(yu) 一個(ge) ‘標尺’，隻有在這個(ge) 標尺的基礎上，我們(men) 才能精確地重建地球各個(ge) 圈層的演化過程。”熊中玉告訴《中國科學報》。

研究團隊在盆地內(nei) 共發現了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(lun) 坡拉盆地5000萬(wan) ~2000萬(wan) 年前沉積地層的絕對年代框架。

研究表明，下部牛堡組地層沉積年代為(wei) 5000萬(wan) ~2900萬(wan) 年前，上部丁青組地層沉積年代為(wei) 2900萬(wan) ~2000萬(wan) 年前。

在此年代框架基礎上，研究團隊與(yu) 英國布裏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穀地的降雨模式為(wei) 冬、夏兩(liang) 個(ge) 季節的雙峰式。

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

深部圈層為(wei) “內(nei) 生動力”

基於(yu) 古土壤鈣質結核團簇同位素數據確定的地表古溫度，研究團隊還創造性地使用地表空氣濕球溫度和濕球氣溫直減率定量恢複了倫(lun) 坡拉盆地地表高度變化曆史。

研究結果表明，約5000萬(wan) ~3800萬(wan) 年前，青藏高原呈現“兩(liang) 山夾一盆”的地貌特征，岡(gang) 底斯山脈海拔約4500米、中央分水嶺山脈海拔約4000米，它們(men) 之間夾著海拔約1700米的中央穀地。中央穀地氣候溫暖濕潤，降水由西風和季風共同主導，亞(ya) 熱帶動植物繁盛，是高原內(nei) 部的“香格裏拉”。

約3800萬(wan) ~2900萬(wan) 年前，以倫(lun) 坡拉盆地為(wei) 代表的中央穀地快速隆升為(wei) 海拔超過4000米的高原，這也標誌著青藏高原主體(ti) 部分形成。

伴隨中央穀地隆升和全球氣候變冷，高原中部溫度顯著下降，降水減少，並且南部季風作用相對增強。氣候變化導致高原中部從(cong) 溫暖濕潤的亞(ya) 熱帶生態係統轉變為(wei) 寒冷幹燥的高寒生態係統，主要地表植被為(wei) 高山草甸。

結合前期研究，團隊進一步指出，雅魯藏布江縫合線以北，從(cong) 造山帶發展為(wei) 高原主體(ti) 的時間為(wei) 晚始新世—早漸新世（3800萬(wan) ~2900萬(wan) 年前），而雅魯藏布江縫合線以南的喜馬拉雅山脈於(yu) 中新世早期（2500萬(wan) ~1500萬(wan) 年前）才達到現在高度。

丁林介紹，導致中央穀地隆升的深部地球動力學機製，是俯衝(chong) 的拉薩地幔拆沉、軟流圈物質上湧及上部地殼縮短。中央穀地的隆升是青藏高原對地表圈層環境的巨大影響的開始。該研究在青藏高原各圈層時空演化研究方麵邁出了堅實一步，對青藏高原地球係統科學研究具有重要示範作用。

相關(guan) 論文信息：

https://science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0944

《中國科學報》 (2022-03-02 第4版 綜合 原標題為(wei) 《“穀地”如何變身“世界屋脊”》）

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