近日，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所丁林院士團(tuán)隊(duì)在National Science Review（《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》）發(fā)表題為“The raising and westward expansion of central Tibet”的研究論文。該項(xiàng)研究重建了青藏高原東部的隆升歷史和環(huán)境影響，通過(guò)沉積地層研究、火山灰鋯石U-Pb年代學(xué)、植物化石和穩(wěn)定同位素古高度計(jì)等綜合方法，揭示早始新世（5400萬(wàn)年至4600萬(wàn)年前）以洛隆盆地為代表的藏東地區(qū)海拔還很低，約為600米，氣候炎熱干旱；中始新世（約4400萬(wàn)年前）洛隆盆地快速抬升至2900米，氣候變?yōu)闇嘏瘽駶?rùn)。中始新世地層中保存大量精美的植物化石、昆蟲(chóng)和古魚(yú)類(lèi)化石，通過(guò)與同時(shí)期青藏高原其他地區(qū)古高度及氣候?qū)Ρ龋赋銮嗖馗咴瓋?nèi)部洛隆-倫坡拉一帶為生物多樣性豐富的香格里拉谷地，且呈現(xiàn)東高西低的地貌特征。結(jié)合巖漿活動(dòng)時(shí)空變化和深部地球物理結(jié)構(gòu)，提出拉薩巖石圈拆沉是驅(qū)動(dòng)中央谷地自東向西隆升的深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制。該成果為探索高原生長(zhǎng)過(guò)程及環(huán)境影響提供了新的有力證據(jù)。

洛隆盆地隆升歷史研究

洛隆盆位于西藏自治區(qū)昌都市洛隆縣內(nèi)，地處班公怒江縫合帶東部地區(qū)，怒江河流從盆地南部流過(guò)（圖1）。該研究基于沉積學(xué)、火山灰鋯石U-Pb年代學(xué)、植物化石葉相多變量分析、團(tuán)簇同位素、孢粉學(xué)等多種手段，發(fā)現(xiàn)洛隆盆地新生代沉積了一套厚度1000多米的河湖相-湖相-河流相沉積地層。研究結(jié)果顯示，在5400萬(wàn)年至4600萬(wàn)年前，湖相灰?guī)r氧同位素古高度計(jì)及團(tuán)簇同位素溫度計(jì)指示洛隆盆地海拔高度僅600米，孢粉分析表明盆地為干旱沙漠環(huán)境，主要分布著以麻黃屬為代表的耐旱灌木。約4400萬(wàn)年前，植物化石葉形古氣候指標(biāo)表明盆地快速抬升至約2900米，氣候轉(zhuǎn)變?yōu)闇嘏瘽駶?rùn)的亞熱帶地中海式森林環(huán)境，孕育了生物多樣性豐富的落葉闊葉混交林。

圖1 洛隆盆地位置和區(qū)域地質(zhì)圖

始新世時(shí)期的香格里拉谷地

研究團(tuán)隊(duì)首次在洛隆盆地的始新世地層中發(fā)現(xiàn)了一套動(dòng)植物化石群，包括植物葉片、花朵、果實(shí)，以及精美的古魚(yú)類(lèi)、昆蟲(chóng)等化石（圖2）。其中，植物葉片化石最為豐富（洛隆植物群），涵蓋漆樹(shù)科、樟科、桃金娘科、殼斗科、楊柳科、薔薇科、榆科、梧桐科、錦葵科、桑科、鼠李科、豆科、棕櫚和旱梅等熱帶-亞熱帶及溫帶植物類(lèi)型，共計(jì)20科24余屬。該植物群與近年來(lái)在青藏高原中部倫坡拉、班戈、尼瑪?shù)鹊匕l(fā)現(xiàn)的植物化石雖在具體種屬的演化上存在一定差異，但整體的植物類(lèi)型上表現(xiàn)出較多相似性，表明約4400萬(wàn)年前中央谷地分布于從青藏高原東部的洛隆地區(qū)到中部的倫坡拉等地，形成一片動(dòng)植物繁盛、氣候溫和濕潤(rùn)的香格里拉生態(tài)系統(tǒng)。

圖2 洛隆典型動(dòng)植物化石

巖石圈地幔拆沉驅(qū)動(dòng)中央谷地向西隆升

新生代以來(lái)，受印度板片持續(xù)向北俯沖作用，高原東部地區(qū)吸收了上千公里尺度的地殼縮短變形、同時(shí)也發(fā)生了約50°的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在強(qiáng)烈的地殼匯聚和旋轉(zhuǎn)作用下，高原東部深部巖石圈地幔在變形最劇烈的區(qū)域首先發(fā)生撕裂并逐步下沉到軟流圈地幔中，同時(shí)引發(fā)軟流圈物質(zhì)上涌和大規(guī)模巖漿活動(dòng)，最終導(dǎo)致地表強(qiáng)烈隆升。結(jié)合中央谷地內(nèi)巖漿活動(dòng)和古高度重建時(shí)空差異，該研究提出，中央谷地東部地區(qū)隆升早于中部，其隆升受控于拉薩巖石圈地幔自東向西的多階段拆沉和軟流圈上涌過(guò)程（圖3）。最終，中央谷地可能在2500萬(wàn)年前隆升至目前的高度，形成早期的原始高原。隨著喜馬拉雅山和藏北昆侖山在中新世的隆升才逐步演化為現(xiàn)代統(tǒng)一的高原地貌格局。

圖3 中央谷地隆升的過(guò)程及動(dòng)力學(xué)機(jī)制

亮點(diǎn)

該研究全面解析了青藏高原中央谷地隆升的時(shí)空演變及深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制，為探索高原生長(zhǎng)與環(huán)境影響提供了新的科學(xué)支撐。

來(lái)源: 《中國(guó)科學(xué)》雜志社