青藏科考
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第二次青藏科考之藏西风化剥蚀考察

文章来源 :
2021-08-30 15:05

满江红 千仞高原

千仞高原,穿苍穹,雄鹰峻霸。旖旎处,羚羊疾飞,寒山萧杀。秋意微凉念烈日,暮色云天影西霞。兰草漾、湖光粼惊鸟,风飞沙。

牧人苒,度晴夏。山峦绝,尽足下。马背驰辽阔,啸逢仰恰。长路崎岖向阿里,一曲一措皆罗加。瀚途间,风霜没乾坤,雪域飒。


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千仞高原 绝顶一览众山小


引言 青藏高原剥蚀风化作用的重要性

在大陆剥蚀风化过程中,地表物质从陆地向湖泊/海洋的迁移,调节全球营养盐循环和生命演替,最重要的是硅酸盐岩风化通过消耗大气CO2调控长时间尺度的碳循环和气候变化,从而深刻影响着地球的宜居性(Walker et al., 1981;Berner et al., 1983;Hilton and West, 2020;Tang et al., 2021)。

作为新生代以来全球最重要的碰撞造山带,青藏高原地区新生代以来构造活动极为频繁,一直以来是研究构造运动、大陆剥蚀风化与气候变化之间科学关系的关键和热点区域。Galy和France-Lanord(2001)指出发源于青藏高原南缘的河流(Ganges-Brahmaputra River)相比全球平均值而言,具有更高的侵蚀风化速率,有力地支持了Raymo和Ruddiman(1992)提出的青藏高原隆升引起风化剥蚀加速进而导致的新生代变冷的假说。此后,West et al.(2005)研究认为,物理侵蚀达到临界值后,受限于化学风化动力学限制,化学风化不再随物理侵蚀升高而增加,即搬运限制vs.风化限制。然而,最近的研究却发现,化学风化在极端高剥蚀区似乎确实随着物理剥蚀的增强而持续增加(Larsen et al., 2014),这对经典风化动力学提出了新的挑战。因此,有必要在极端高剥蚀条件下直接探索物理侵蚀与化学风化之间的关系,证实/证伪以上假说。这也是第二次青藏高原综合科学考察研究所设置专题“高原风化剥蚀历史及气候环境效应”(2019QZKK0707)的核心任务之一。在第二次青藏科考的契机下,全面适时开启高原周边和内部剥蚀风化的基础研究,2021年我们进军的目的地号称“天上阿里”的藏西无人区。

一、天上阿里 中纬极地

阿里地区位于中国西南边陲、西藏自治区西部、青藏高原北部。其行政区横跨羌塘高原腹地、西喜马拉雅及冈底斯等地质构造区,地处青藏高原北部-羌塘高原核心地带。东起唐古拉山脉以西的杂美山,与那曲地区相连;西及西南部抵喜玛拉雅山西段,与印度、尼泊尔及克什米尔地区毗邻;南连冈底斯山中段,临日喀则地区仲巴县、萨嘎县;北倚昆仑山脉南麓,与中国的新疆维吾尔自治区相邻。其介于东经78°24′--86°20′,北纬29°41′--35°52′之间,东西跨度742千米,南北跨度688千米,面积约34.5万平方公里。境内分布有多条高大山脉,平均海拔4500米以上,号称“世界屋脊之屋脊”,因此被称为天上阿里。


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阿里地区地理位置图

阿里地区地处青藏高原腹地,地貌上具有明显的高原特色,为青藏高原之冠,称之为青藏高原之高原。总体上西部众山汇集、地势高亢,现代冰川雪被发育;东部羌塘高原区,地形相对开阔平坦,山脉起伏不大,山间湖盆广布。纵观阿里全区,西北部受昆仑纬向构造带和喀喇昆仑弧形构造带的控制,耸立起了与构造形迹同向的呈弧形展布的昆仑山脉与喀喇昆仑山脉,其间形成了一系列弧形断陷谷地,西南部及中部大面积的羌塘高原区,受北东向、北西向两组构造的穿插切割,山脉不连续,起伏大,山间形成了众多高海拔湖盆。削高填低的剥蚀风化作用,塑造出了千差万别的地貌形态。

阿里地区基本属于高原季风气候,夏季一般为青藏高压控制,印度洋季风可沿河谷进入,造成降水,但其影响远不及高原东部。冬春主要受西风环流影响,造成大风和强降温。在地理位置、海拔高度、太阳辐射、地形和大气环流的综合影响下,全区形成了不同气候区,即南部普兰、札达一带为高原温带季风半干旱气候,中部噶尔和日、革吉、改则的南部以及措勤为高原亚寒带季风干旱气候,北部羌塘高原为寒带季风干旱气候,具有高寒缺氧、气压低、多雷暴、多冰雹、降水少、蒸发量大、日照时间长、大风盛行的特点。气候条件十分恶劣,被称之为中纬极地。

在蓝色星球上平均海拔最高的条件下,阿里地区物理剥蚀极其强烈,其作用包括冻融冰劈、行星风劈、重力坍塌等,沿219、317、318国道到处可见杂乱的物理剥蚀堆积物。然而,本区平均海拔在4663 m左右,飞鸟绝迹,是西藏三大无人区之一,有关风化、剥蚀的研究几近空白。本次科考选择阿里地区作为科考目的地之一,考察在极端高物理剥蚀条件下,化学风化对高原隆升和气候变化的响应,或为解决上述物理剥蚀与化学风化之间关系的争议提供新的视角和证据。


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青藏高原风化剥蚀科学考察队

二、地热广布

阿里地区蕴藏着丰富的地热能,有狮泉河—雅鲁藏布江地热带,昆仑山—可可西里地热带,冈底斯山—念青唐古拉山地热带。阿里地热显示具有数量多,形式多样,水温高和活动强度大的特点。地热活动类型有温泉(25℃~60℃)、热泉(60℃~95℃)、沸泉(>95℃)、喷气孔,冒气地面,热水湖等。阿里现已查明28处地热泉,其他热水活动区21处,阿里地区所辖7个县,每个县都有地热泉分布,且呈现出一定的规律,地热泉的密集程度从北往南由疏到密,泉水温度也由低到高(廖光宇等,2005)。在碳中和的背景下,合理利用地热资源将变的尤具前景。

温度从来都被认为是化学风化的重要控制要素之一,这也是地质空调假说的核心论据。然而,以往对化学风化的研究中,温度要素都只能从众多因素中间接获取。地热为研究化学风化过程中,温度的作用提供了绝无仅有的直接视角。因此,直接在阿里无人区地热广布处开展温度梯度对化学风化的影响及化学风化对温度的响应将引领新的风化研究潮流。部分成果可以对太阳系内行星风化研究起到借鉴作用。

三 科考收获

本次科考的路线极其艰辛,藏西羌塘无人区相间几百公里才能碰到居民聚居点,早晨需要摸黑起床赶路,否则晚上赶不到下一个居民点是非常危险的事情。藏区的旅店提供的早餐都要等到9点才供应(时差~1.5小时),这时候外面也没有餐厅开门,因此我们只能带一些饼干、干粮行路。中午在牧区考察连信号都没有,更不用提午饭。偶尔遇到牧民,会提供一些纯天然酥油茶,就着面包会是特别幸福的一天。

有艰苦卓越付出就有如涌泉般丰厚的回报,本次科考到目前为止,已经采集到了一批特别珍贵的样品,包括海拔6800米的雪山雪、受地下高压作用超过110度的沸泉水、地热区受梯度温度控制的化学风化(蚀变)样品、无人区的自然风化剥蚀样品等。这些样品在现代大型仪器的测量下,将向科研工作者倾诉阿里地区风化剥蚀史、碳中史及其效应等科学问题的答案。这些样品来之不易,欢迎有新的科学想法、想的科学问题的老师、同学们共同研究这些样品。

致谢:藏区牧民提供非金钱所能丈量之帮助;感谢前赴后继的科考队员们不畏艰险,用青春热血筑起研究自然的最前线,一厘一寸拓展人类的认知边界,尤其感谢第一次青藏科考的前辈科学家的求索精神,指引着我们前行。感谢孙有斌所长提供的宝贵修改建议对本文的提升。


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青藏高原科考前辈

参考文献:

廖光宇 等,青藏高原古近纪-新近纪地层分区与序列及其对隆升的响应[J]. 中国科学:地球科学, 2010(12):1632-1654.

Berner, R.A. (1993) Paleozoic atmospheric CO2: Importance of solar radiation and plant evolution. Science 261, 68-70.

Galy, A. and France-Lanord, C. (1999) Weathering processes in the Ganges-Brahmaputra basin and the riverine alkalinity budget. Chemical Geology 159, 31-60.

Hilton, R.G. and West, A.J. (2020) Mountains, erosion and the carbon cycle. Nature Reviews Earth & Environment 1, 284-299.

Larsen, I.J., Almond, P.C., Eger, A., Stone, J.O., Montgomery, D.R. and Malcolm, B. (2014) Rapid soil production and weathering in the southern Alps, New Zealand. Science 343, 637-640.

Raymo, M.E. and Ruddiman, W.F. (1992) Tectonic forcing of late Cenozoic climate. Nature 359, 117-122.

Tang, M., Chu, X., Hao, J. and Shen, B. (2021) Orogenic quiescence in Earth’s middle age. Science 371, 728-731.

Walker, J.C.G., Hays, P.B. and Kasting, J.F. (1981) A negative feedback mechanism for the long-term stabilization of Earth's surface temperature. Journal of Geophysical Research: Oceans 86, 9776-9782.

West, A.J., Galy, A. and Bickle, M. (2005) Tectonic and climatic controls on silicate weathering. Earth and Planetary Science Letters 235, 211-228.


科考见闻赏析

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藏羚羊


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陷入沼泽的防水鞋


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达绕措


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