青藏科考

青藏高原的形成过程

文章来源 :

2020-05-11 15:00


印度板块与欧亚板块碰撞,逐渐形成了“世界屋脊”——青藏高原(图1),这是新生代时期全球最为重要的地质事件之一。它塑造了亚洲的地形地貌,对亚洲乃至全球的气候都有着深远影响。因此,长期以来,青藏高原的形成过程备受各领域研究者的关注。但是,由于青藏高原形成过程的复杂性,目前对于其形成历史的认识还存在很大分歧。

2020年5月5日,第二次青藏科考“高原生长与演化”任务“生物与高原隆升协同演化”专题,中国科学院西双版纳热带植物园客座研究员Robert A. Spicer及其合作者在《国家科学评论》(National Science Review,NSR)以“Why the 'Uplift of the Tibetan Plateau' is a Myth”为题发表综述,系统阐述了有关青藏高原形成过程的不同观点,并详细介绍了利用地球系统模型、同位素分析以及古生物证据重建青藏高原古海拔的最新研究进展。



1.jpg

图1. 青藏高原构造简图。红色圆点为本文涉及到的古海拔研究地点。


“青藏高原隆升”这一术语,大量出现在地质学和生物学的文献中。“高原隆升”通常把青藏高原看作一个平面整体的抬升。这一观点主要依据过于简化的地球动力学与气候模型,以及对代理指标结果的不合理解释,且认为青藏高原的隆升肇始于印度板块与欧亚板块碰撞(~65-55 Ma)及其后的持续向北推进。同时,对于青藏高原的形成过程,存在“一致性增厚学说”、“下地壳流学说”、“原西藏高原”等诸多观点。

最新的地质学和古生物学证据则表明,青藏高原不同地块的抬升历史存在差异,但又有机的相互统一。在新生代相当长的时期内,高原中部存在着一条东西走向的低谷,低谷的南面和北面分别是冈底斯山脉和唐古拉山脉。在古近纪,由于印度洋季风带来的暖湿气团能够越过南面的冈底斯山脉,于是在低谷中孕育了具有热带、亚热带性质的动植物区系,其中攀鲈、棕榈等化石已相继被发现(图2)。自古近纪以来,中央低谷经历南北向的挤压变形而不断变窄,在新近纪被进一步挤压填充,逐渐达到现在的高度。芒康盆地的植物化石组合以及最新的地层年代学研究显示,青藏高原东南缘在晚始新世到早渐新世(~34.6-33.4 Ma)经历了一定的抬升,并达到现在高度,与邻近的贡觉盆地基于古地磁研究得到的构造活动时间相吻合。青藏高原北部柴达木盆地长期以来被认为是青藏高原最晚抬升的地区,但是最新的孢粉和植物大化石证据表明,该地区可能在始新世就发生了明显的抬升,这也得到了氧同位素结果的支持。上述最新证据说明了青藏高原形成过程的复杂性(图3)。青藏高原各地块在不同的地质时期先后拼接到亚洲大陆,而印度板块与欧亚板块的碰撞仅仅是青藏高原形成过程中的最后一次拼接。

在古海拔重建的研究中,不同代理指标得出的结果有时存在差异。以青藏高高原中部为例,稳定性同位素研究给出的古海拔高度通常比古生物学证据给出的更高,这是因为:大气中的同位素从印度洋传送到青藏高原中部的过程中发生了反复分馏,由于高原中部在古近纪存在谷地,同位素分析结果代表了附近山体的最大高度(图4);而基于化石证据的重建结果,则代表了生活在谷地的生物在地质时期的海拔分布范围。

该综述指出,要更深入认识青藏高原的形成过程及其对亚洲季风气候和生物多样性演变的影响,今后的研究需要:充分考虑青藏高原不同地块在形成过程中的差异性和有机统一;重视具有可靠地质年代的化石证据;采用整合同位素分析、古地形的更为合理的地球系统模型;结合同位素分析和古生物学证据,交叉验证古海拔重建结果。

第二次青藏科考专项为该成果的第一标注项目。

论文链接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa091



2.png

图2. 青藏高原中部古近纪末生态系统复原——为热带、亚热带低地暖湿的生态体系。图中古生物分别为: 1 张氏春霖鱼; 2 西藏始攀鲈; 3 鲤科鱼类新类型A; 4 鲤科鱼类新类型B; 5 猛禽和鹃类; 6 伦坡拉大蝽黾; 7 伦坡拉栾树; 8 西藏似沙巴棕; 9 大果臭椿; 10 长梗似浮萍叶(绘图: 吴飞翔)


3.png

图3 青藏高原中部、南部及喜马拉雅山脉的形成历史简图


4.png

图4 基于同位素方法重建青藏高原中部古海拔:(a)夏季,来自南面的气流携带水汽越过冈底斯山脉,氢、氧同位素发生分馏,较轻的同位素沉积于青藏高原中部;(b)冬季,来自北面的气流携带水汽越过唐古拉山脉,氢、氧同位素发生分馏,同样,较轻的同位素沉积于青藏高原中部;(c)较轻的同位素在谷地循环。