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【前沿報道】Science:始新世青藏高原海拔不超過3000米——重新審視青藏高原同位素古高度研究
2019-04-06 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  新生代以來,地球上最為顯著的地貌變化就是印度與亞洲板塊碰撞導致的青藏高原的隆升。長期以來,關于碰撞的起始時間、碰撞方式與過程以及古高度等均有較大的爭議。青藏高原古高度是板塊碰撞過程的表征和計量,更是聯系深部巖石圈與淺表層圈演化的紐帶,研究高原不同地區、不同時間的古高度,是非常重要的科學問題,只有準確重建古高度,才能正確評價高原隆升機制與擴展過程及其對區域與全球氣候的影響。 

  近十年來,青藏高原的穩定同位素古高度重建成為了熱點方法之一,其代表性的研究工作是Rowley and Currie2006)發表在Nature的文章,他們通過對青藏高原中部倫坡拉盆地的牛堡組、丁青組的湖泊與古土壤鈣結核碳酸鹽氧同位素組成的研究,利用瑞利 Rayleigh)分餾模型的氧同位素高度效應,提出了早在晚始新世的35 Ma,高原中部已經達到與現今類似的4600米,甚至4800米高度的觀點。但是,來自倫坡拉盆地的后續研究發現,無論是古脊椎動物古生態重建(Deng et al., 2012),還是孢粉的古高度重建(Sun et al., 2014)均認為其漸新世晚期-早中新世的高度不超過3000米左右。來自倫坡拉盆地的最新植物化石(常綠闊葉植物的棕櫚葉子化石)的證據,更是將倫坡拉盆地的古高度限定在2300米以下(Su et al., 2019)。動植物化石與穩定同位素古高度重建的巨大差異,無疑加劇了古高度的紛爭,急需新的視角重新審視高原古高度問題。 

  最近以法國Svetlana Botsyun為首的科學家,在Science“Research Article”形式發表了他們基于氧同位素的大氣環流模型和地質記錄的交叉檢驗,重新審視青藏高原同位素古高度的研究結果,并提出青藏高原的始新世海拔高度不超過3000米,這與此前的動植物化石結果相一致。 

  他們的模型充分考慮了始新世時的邊界條件,包括始新世的古地理分布(更南的喜馬拉雅造山帶以及喜馬拉雅北側寬闊的副特提斯海)、不同的海拔高度、始新世的大氣CO2濃度 1120ppm,現今的3倍左右)、海表溫度(Sea Surface Temperature, SST)等,他們的模擬結果清楚地顯示:始新世時(圖1C)印度季風已經形成,季風北緣限定在北緯20度以南的印度板塊前陸地區(India Foreland),高原內部及亞洲腹地為比現今更強的西風環流控制,因而與現今的大氣環流模式完全不同。更重要的是,他們的降水氧同位素模擬結果與現今更是大相徑庭,甚至出現了反高度效應(圖1D)。 

1 青藏高原現今與始新世的氣候模擬。(A)現今青藏高原及其周邊地區夏季大氣降水氧同位素分布;(B)現今大氣降水氧同位素的緯度效應;(C)模型模擬的始新世大氣降水分布模式;(D)模型模擬的始新世大氣降水氧同位素分布模式(Botsyun et al., 2019    

  通過不同海拔的模擬結果與地質記錄的交叉檢驗,他們發現在海拔3000米以下時,二者的相關性最好,因此提出了青藏高原在始新世的海拔高度不超過3000米的觀點。 

  他們對當前流行的穩定同位素古高度方法提出了質疑,認為這一方法并不適合進行古高度重建:(1)瑞利模型只適合單一水汽來源,然而始新世的青藏高原既受印度洋和孟加拉灣的水汽,也受來自副特提斯海的水汽影響;(2)環流格局大不相同,印度季風在始新世影響范圍有限,但西風環流比現今強勁的多,干旱帶也比現今寬闊的多;(3)造山帶位置與高度差異大;(4CO2濃度、海表溫度 (SST) 差異巨大。 

  他們最后建議:氣候模擬與地質記錄相結合,是研究高原古高度的有效手段。 

    

  主要參考文獻 

  Botsyun S, Sepulchre P, Donnadieu Y, et al. Revised paleoaltimetry data show low Tibetan Plateau elevation during the Eocene[J]. Science, 2019, 363(6430): eaaq1436.原文鏈接 

  Deng T, Wang S Q, Xie G P, et al. A mammalian fossil from the Dingqing Formation in the Lunpola Basin, northern Tibet, and its relevance to age and paleo-altimetry[J]. Chinese Science Bulletin, 2012, 57(2-3): 261-269.原文鏈接 

  Rowley D B, Currie B S. Palaeo-altimetry of the late Eocene to Miocene Lunpola basin, central Tibet[J]. Nature, 2006, 439(7077): 6777–681.原文鏈接 

  Su T, Farnsworth A, Spicer R A, et al. No high Tibetan Plateau until the Neogene[J]. Science Advances, 2019, 5(3): eaav2189.原文鏈接 

  Sun J M, Xu Q H, Liu W M, et al. Palynological evidence for the latest Oligocene early Miocene paleoelevation estimate in the Lunpola Basin, central Tibet[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2014, 399: 21-30.原文鏈接 

  (撰稿:孫繼敏/新生代室)

 
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