我國科學家揭秘青藏高原中央谷地的“長高史”

3800萬年前，青藏高原的中央谷地海拔不足2000米，是高原內(nèi)部的“香格里拉”。它是何時隆升到如今4000多米的高度？又是怎樣隆升的？

中科院青藏高原研究所等單位的研究人員通過構(gòu)造地質(zhì)演化、巖石圈深部動力學、古高度、古溫度、古植被分析和古氣候模擬等多領(lǐng)域、多手段綜合研究，成功解謎青藏高原中央谷地3800萬年前至2900萬年前的隆升過程，并揭示中央谷地的隆升是青藏高原對地表圈層環(huán)境產(chǎn)生巨大影響的開始。相關(guān)研究成果2月10日在線發(fā)表于《科學進展》。

“在第二次青藏科考的支持下，這項研究打通了圈層隔離和學科界線，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。”論文通訊作者、中科院青藏高原所丁林院士介紹。

從1997年起開啟解謎研究

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，從西向東，沿著現(xiàn)在的日土—改則—尼瑪—班戈—那曲—丁青一線分布。

從1997年起，丁林帶領(lǐng)團隊持續(xù)在位于中央谷地中部的倫坡拉盆地開展野外考察，試圖解開中央谷地隆升的謎團。

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(yīng)的熱點地區(qū)。

“我們在盆地內(nèi)共發(fā)現(xiàn)了9套火山灰。利用鋯石鈾鉛測年的方法，確定了這些火山灰的絕對年齡，建立了倫坡拉盆地5000萬年前至2000萬年前沉積地層絕對年代框架。其中，下部牛堡組地層沉積年代為5000萬年前至2900萬年前，上部丁青組地層沉積年代為2900萬年前至2000萬年前。”論文第一作者、中科院青藏高原所熊中玉博士介紹。

在此年代框架基礎(chǔ)上，研究團隊與英國布里斯托大學古氣候模擬團隊合作，在青藏高原首次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，并結(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)核的形成時間為3—6月，而牛堡組上部古土壤鈣質(zhì)結(jié)核的形成時間則限定在5—6月和9月兩個階段。

從3800萬年前開始中央谷地快速“長高”

同時，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。

研究結(jié)果表明，約5000萬年前至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3800萬年前至2900萬年前，以倫坡拉盆地為代表的中央谷地快速“長高”為海拔超過4000米的高原，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。”熊中玉說，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(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。

“綜合區(qū)域內(nèi)古高度、構(gòu)造活動、巖漿作用等證據(jù)，我們認為，導致中央谷地隆升的深部地球動力學機制為俯沖的拉薩地幔拆沉、軟流圈物質(zhì)上涌及上部地殼縮短。”丁林說，同時，由青藏高原深部圈層作用驅(qū)動的高原生長過程，是高原地表圈層演化和鏈式響應(yīng)的內(nèi)源驅(qū)動力。

結(jié)合團隊前期研究，研究人員進一步指出，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3800萬年前至2900萬年前的晚始新世和早漸新世，而雅魯藏布江縫合線以南的喜馬拉雅山脈于2500萬年前至1500萬年前的中新世早期才達到現(xiàn)今高度。