古高度定量重建技术揭秘青藏高原“长高史”

当前,我国正在开展第二次青藏高原综合科学考察研究。虽然科学考察已经取得了不少新发现,但是人们对这片雪域高原的了解还远远不够。

“时至今日,作为地球‘第三极’,青藏高原的形成过程仍然没有定论,科学家为此已经争论了近百年。”8月1日,在接受科技日报记者采访时,中科院青藏高原所丁林院士指出。

丁林团队近日在《自然综述:地球与环境》发表综述文章,揭秘青藏高原的“长高史”和背后的动力学机制。

青藏高原隆升是新生代全球最重要的地质事件之一,不仅影响了欧亚大陆的构造格局,还对新生代以来的全球气候变化有着深远的影响。

为搞清楚高原的“长高史”,科学家发展了一系列古高度定量重建技术。

“目前,广泛使用的古高度定量重建技术有氢/氧同位素、动植物化石、团簇同位素等。”丁林说,这些古高度定量重建技术为大陆变形和高原生长提供了关键信息,可以更加清晰地认识高原差异隆升过程和动力学机制。

结合已有的定量古高度重建结果和深部动力学证据,研究团队弄清了青藏高原距今6000万年以来的地表隆升历史和岩石圈演化过程,提出了青藏高原不同造山带具有差异的隆升历史。

5500万年至4500万年前,由于新特提斯洋俯冲板块的断裂分离,冈底斯造山带隆升到4500米;4500万年至4000万年前,新特提斯板块断裂分离之后,在浮力作用下,印度岩石圈向北水平楔入,激活羌塘地体南北部缝合带发生陆内俯冲,使分水岭山脉隆升到5000米的高度。

“此时,位于冈底斯造山带和分水岭造山带之间的中央谷地、高原最南部的喜马拉雅造山带以及高原北部还处于小于2000米的低海拔,高原整体形成‘两山夹一盆’的地貌特征。”丁林解释。

4000万年至3000万年前,拉萨岩石圈在中央谷地下方失稳掉落,上地壳缩短、软流圈上涌等多种深部地球动力学过程的作用,使中央谷地抬升到目前4500米的高度。“这标志着青藏高原由造山带正式转变为统一高原。”丁林强调。

2500万年至1500万年前,由于印度大陆的持续俯冲,喜马拉雅山脉下方俯冲的印度大陆岩石圈及藏北可可西里—昆仑山下方俯冲的欧亚大陆岩石圈先后失稳掉落,喜马拉雅山与昆仑山先后隆升到现代高度,现代意义上的高原形成。

然而,“青藏高原北部地区的隆升历史仍然存在较大的不确定性,需要更多定量古高度数据来验证。”丁林坦言。

此外,针对青藏高原隆升的时间和机制问题,研究团队还指出今后需要重点发力的研究方向。

“未来需要解决印度—欧亚大陆汇聚量和地壳缩短之间的不一致问题;需要大量高分辨率的古高度数据精确限制高原隆升历史。”丁林说。

同时,还要结合数值模拟和地质数据,准确重建高原地球系统演化历史;结合地球物理成像技术和地球动力学模拟,阐明大陆岩石圈的循环过程和分布范围,解析大陆碰撞如何影响邻近板块边界的构造以及全球规模的地幔对流。