7月28日，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院青藏高原研究所研究員丁林帶領(lǐng)的大陸碰撞與高原隆升團(tuán)隊(duì)，在《自然綜述-地球與環(huán)境》（Nature Reviews Earth & Environment）上，發(fā)表了題為《青藏高原隆升時(shí)間和機(jī)制》（Timing and Mechanisms of Tibetan Plateau uplift）的綜述文章，系統(tǒng)闡述了青藏高原的差異性隆升過(guò)程和深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
(資料圖)
大陸碰撞-俯沖等深部圈層作用驅(qū)動(dòng)的青藏高原隆升是新生代全球最重要的地質(zhì)事件之一。高原隆升顯著影響地表圈層-大氣圈、水圈/冰凍圈、生物圈和人類(lèi)圈的耦合作用過(guò)程，深刻影響亞洲氣候動(dòng)力學(xué)、生物多樣性、碳循環(huán)、現(xiàn)代水資源和大江大河演化，是21世紀(jì)地球系統(tǒng)科學(xué)研究的前沿陣地。
然而，在大陸碰撞過(guò)程中，青藏高原大陸巖石圈變形和地表高程時(shí)空變化的機(jī)制尚不清楚。近些年，隨著青藏高原定量古高度數(shù)據(jù)的加速產(chǎn)生，科研人員逐漸認(rèn)識(shí)到高原具有差異性隆升的特征，部分地區(qū)的隆升時(shí)間比以前的推測(cè)或早或晚，已有的動(dòng)力學(xué)模式均不能完整體現(xiàn)高原隆升過(guò)程。
“青藏高原的完整演化模式必須考慮亞洲在印度-歐亞大陸碰撞之前的構(gòu)造事件中繼承下來(lái)的古地貌和巖石圈的不均一性，這對(duì)認(rèn)識(shí)高原差異性隆升至關(guān)重要。”丁林說(shuō)。
通過(guò)詳細(xì)分析青藏高原白堊紀(jì)海陸轉(zhuǎn)換、構(gòu)造變形、巖漿和低溫?zé)崮甏鷮W(xué)證據(jù)，研究提出，拉薩-羌塘地體的碰撞以及隨后的拉薩巖石圈向北俯沖導(dǎo)致分水嶺山脈的初步生長(zhǎng)；南部新特提斯洋的持續(xù)俯沖，在約9500萬(wàn)年前將岡底斯地區(qū)隆升至海平面之上，從而形成與現(xiàn)今的安第斯山相似的發(fā)展過(guò)程，稱(chēng)為安第斯型岡底斯山，并在藏南地區(qū)形成顯著的降水效應(yīng)。此時(shí)的青藏高原僅有兩條狹窄的山脈，即分水嶺山脈和岡底斯山脈，但地表隆起的幅度有待量化。
印度-歐亞板塊碰撞時(shí)間和方式對(duì)于限定印度北緣范圍和新生代陸內(nèi)縮短變形量至關(guān)重要，而它們又是約束高原地表隆升幅度和深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制的關(guān)鍵。
關(guān)于新特提斯洋閉合歷史的假說(shuō)包括大印度洋盆模型（圖1a）、洋內(nèi)俯沖模型（圖1c-d）和單階段俯沖碰撞模型（圖1d）。這些假說(shuō)對(duì)大印度（已俯沖消失到青藏高原下的印度部分）的規(guī)模以及印度-歐亞大陸初始碰撞時(shí)間做出了不同預(yù)測(cè)。而以上模型均是基于丁林團(tuán)隊(duì)等發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵證據(jù)——印度-歐亞大陸碰撞形成的前陸盆地。該盆地在6500萬(wàn)年至5900萬(wàn)年之間開(kāi)始接受來(lái)自岡底斯島弧區(qū)的物源，表明此時(shí)印度-歐亞大陸已開(kāi)始開(kāi)始碰撞，早于此前國(guó)際公認(rèn)的印度與亞洲大陸在5000萬(wàn)年才初始碰撞的時(shí)間。
同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)近20年在西藏、巴基斯坦和印度的研究工作取得了關(guān)鍵認(rèn)識(shí)：目前發(fā)育在藏南的岡底斯巖漿弧、弧前盆地、蛇綠巖和海溝形成于拉薩地體南緣的洋-陸俯沖系統(tǒng)，而非形成于遠(yuǎn)離大陸的洋內(nèi)俯沖系統(tǒng)；巴基斯坦北部的證據(jù)表明約5200萬(wàn)年亞洲物質(zhì)可以到達(dá)印度次大陸，不支持印度-歐亞大陸碰撞前存在洋盆。因此，該論文提出，單階段俯沖碰撞模型是解釋印度-歐亞大陸碰撞最簡(jiǎn)單、且得到地質(zhì)證據(jù)支持的模型。
然而，古地磁數(shù)據(jù)提出，如果印度-亞洲大陸在約6000萬(wàn)年發(fā)生碰撞，印度和亞洲大陸巖石圈必須在完全的大陸環(huán)境中吸收約4000公里縮短量。而目前地質(zhì)證據(jù)表明亞洲（<1000公里）和喜馬拉雅（<1000公里）地殼縮短量不到2000公里。為了協(xié)調(diào)地殼縮短和古地磁匯聚量之間的不匹配，國(guó)際上有學(xué)者提出大印度洋盆模型和洋內(nèi)俯沖模型（圖1a-c），但上述模型均缺乏地質(zhì)證據(jù)支持。另外，如果印度大陸在向北漂移過(guò)程中發(fā)生過(guò)約90度°的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，也可簡(jiǎn)單的吸收2000公里的緯向縮短量。
解決高原隆升歷史的需求促進(jìn)古高度計(jì)的發(fā)展，廣泛使用的古高度定量重建技術(shù)包括氫/氧同位素、動(dòng)植物化石、團(tuán)簇同位素等。這些古高度定量重建技術(shù)為大陸變形和高原生長(zhǎng)提供了關(guān)鍵信息，可更加清晰地認(rèn)識(shí)高原差異隆升過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
結(jié)合已有定量古高度結(jié)果和深部動(dòng)力學(xué)證據(jù)，科研團(tuán)隊(duì)恢復(fù)了青藏高原自約6000萬(wàn)年以來(lái)不同地體地表隆升歷史（圖2）和巖石圈演化過(guò)程（圖3），提出青藏高原不同造山帶具有差異的隆升歷史。5500萬(wàn)年至4500萬(wàn)年前，由于新特提斯洋俯沖板片的斷離，岡底斯造山帶隆升到4500米高海拔；4500萬(wàn)年至4000萬(wàn)年，新特提斯板塊斷離之后，更具浮力的印度巖石圈向北水平楔入，激活羌塘地體南北部縫合帶發(fā)生陸內(nèi)俯沖，使分水嶺山脈隆升到5000米的高海拔；此時(shí)位于岡底斯造山帶和分水嶺造山帶之間的中央谷地、高原最南部的喜馬拉雅造山帶以及高原北部還處于小于2000米的低海拔，高原整體形成“兩山夾一盆”的地貌特征。4000萬(wàn)年至3000萬(wàn)年，拉薩巖石圈在中央谷地下方拆沉，上地殼縮短、巖漿底墊和軟流圈上涌等多種深部地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程耦合作用，使中央谷地抬升4500米的目前高度。這標(biāo)志著青藏高原由造山帶正式轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一高原。250萬(wàn)年至1500萬(wàn)年，由于印度大陸的持續(xù)俯沖，喜馬拉雅山脈下方俯沖的印度大陸巖石圈及藏北可可西里-昆侖山下方俯沖的歐亞大陸巖石圈先后發(fā)生拆沉，喜馬拉雅山與昆侖山先后隆升到現(xiàn)代高度，現(xiàn)代意義上的高原形成（圖2、3）。然而，北部地區(qū)的隆升歷史存在較大不確定性，需要更多的定量古高度數(shù)據(jù)來(lái)約束。
地球物理探測(cè)揭示了現(xiàn)今印度和歐亞大陸巖石圈發(fā)生了從水平楔入到陡峭俯沖、板塊撕裂和斷離以及拆沉等各種地球動(dòng)力學(xué)行為（圖4），從而指示在整個(gè)新生代印度-亞洲大陸碰撞過(guò)程中，類(lèi)似的過(guò)程不斷發(fā)生，最終導(dǎo)致青藏高原構(gòu)造變形、巖漿作用和地表隆升的時(shí)空差異。
針對(duì)青藏高原隆升的時(shí)間和機(jī)制問(wèn)題，該研究提出了今后的研究重點(diǎn)：解決印度-歐亞大陸匯聚量和地殼縮短之間的不一致性；需要大量高分辨率古高度數(shù)據(jù)精確限制高原隆升歷史；結(jié)合數(shù)值模擬和地質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)高原地球系統(tǒng)演化歷史進(jìn)行準(zhǔn)確重建；結(jié)合地球物理成像技術(shù)和地球動(dòng)力學(xué)模擬，闡明大陸巖石圈的循環(huán)過(guò)程和分布范圍，分析探索大陸碰撞如何影響鄰近板塊邊界的構(gòu)造以及全球規(guī)模的地幔對(duì)流。
研究工作得到第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究、國(guó)家自然科學(xué)基金青藏高原地球系統(tǒng)基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)）“泛第三極環(huán)境變化與綠色絲綢之路建設(shè)”（“絲路環(huán)境專(zhuān)項(xiàng)”）等的支持。
論文鏈接
圖1.印度-歐亞大陸初始碰撞模型。a、大印度洋盆模型，b、洋內(nèi)俯沖模型，c、弧后盆地模型，d、單階段俯沖碰撞模型。
圖2.青藏高原不同地體差異隆升歷史
圖3.青藏高原不同地體巖石圈演化過(guò)程、地表隆升歷史和環(huán)境演變
圖4.現(xiàn)今印度-歐亞大陸巖石圈俯沖幾何形態(tài)
標(biāo)簽： 青藏高原隆升過(guò)程和機(jī)制
