青藏科考

青藏高原中南部新生代地层年代序列改写青藏高原隆升和生态环境历史

文章来源 :
2020-12-10 10:22


中科院青藏高原所新生代环境团队方小敏研究员等联合中国地质大学(北京)王成善院士,兰州大学等国内外科研机构和高校,精确测定和建立了青藏高原中南部伦坡拉盆地约4100至2150万年期间的新生代地层年代序列,修正了该区域古高度年代为4000万年前小于2300米,2600-2100万年前以后才可能达到3500-4500米。此前,国际学界认为约4000万年前该区高原就已隆升到4600米的现代高度。

12月9日,国际著名学术期刊《科学进展》(Science Advances)在线发表了这一研究成果,为深入理解青藏高原形成过程、机制及其与气候环境和生物演化的关系提供了新的年代学约束,推动重新深入审视青藏高原隆升机制模型、大地貌形成以及深部-表层地球圈层相互作用等研究。

青藏高原的隆起过程及其对亚洲和全球气候、生物演化的影响,一直是地学前沿科学问题。其中,青藏高原高度的变化历史,最能刻画高原地貌变化及其对气候环境和生物的影响。不同高度的变化历史意味着不同的隆升过程和驱动机制,造成气候环境和生态效应变化也完全不同。

伦坡拉盆地位于青藏高原中南部,堆积了海拔4千多米区域内最全最连续的新生代地层,并伴有大量热带棕榈、樟树和攀鲈鱼、水蜘蛛等化石和多层古土壤及火山灰发现,详细记录了青藏高原中南部隆起和气候环境变化历史,是研究青藏高原构造、气候、生态最为关键的地区之一(图1)。

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图1  青藏高原中南部伦坡拉盆地

2006年,外国科学家通过测定该区古土壤钙结核氧同位素比值,在《自然》杂志发表了“晚始新世约4000万年前,青藏高原中南部隆起到现今海拔约4600米高度”的观点成为国际主流,并催生了有关地质机制模型、亚洲季风和内陆干旱演化等诸多学科研究的新认识及近千篇后续论文发表。

经过十多年的持续研究,方小敏团队对伦坡拉盆地北部达玉山山前海拔近2000米新生代地层剖面进行了系统的古地磁年代测定,对剖面上发现的三层火山凝灰岩和沉凝灰岩进行了绝对年龄激光测定,首次获得了伦坡拉盆地早新生代连续高精度的磁性地层年代序列(图2)。进一步研究发现,该区域古土壤的年代为约2600-2150万年,热带动植物化石的年代为约3900万年前


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图2  青藏高原中南部伦坡拉盆地含丰富动植物和古土壤、火山灰的新生代地层剖面及其精细的古地磁年代测定。

五星代表火山凝灰岩绝对年代,左下图为剖面中发现的热带水蜘蛛和攀鲈鱼。

通过年代测定并结合盆地新的古高度历史与构造演化推断,伦坡拉盆地具有明显的两期形成演化和变形历史:早期约4200万年到2500万年缓慢变形沉陷(100m/百万年),晚期约2500-2000万年快速变形隆升。据此,研究团队提出了新的青藏高原中南部隆升认识——约2500到2000万年,伦坡拉盆地两侧山体下地壳被挤入盆地下方,像千斤顶般托举盆地,隆升到现在高度。该研究或对青藏高原中南部新生代地层年代限定及相关未来研究起到承前启后的关键性作用。第二次青藏高原综合科学考察研究是该成果的第一资助项目。

文章链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/50/eaba7298