中科院青藏高原所新生代環境團隊方小敏研究員等聯合中國地質大學(北京)王成善院士和蘭州大學等國內外單位的研究人員首獲青藏高原中南部新生代地層高精度年代序列。此前,國際學界認為,約4000萬年前青藏高原中南部就已隆升到4600米的現代高度。科研團隊測定的年代揭示,青藏高原中南部倫坡拉盆地4000萬年前古高度小於2300米,2600萬年至2100萬年前以後才可能達到3500米至4500米。這將改寫對青藏高原中南部隆升和生態環境變化歷史的認識。12月9日,國際著名學術期刊《科學進展》(Science Advances)在線發表了這一研究成果。
團隊在倫坡垃盆地採樣
青藏高原高度的變化歷史最能刻畫高原地貌變化及其對氣候環境和生物的影響。不同高度的變化歷史意味著不同的隆升過程和驅動機制,造成氣候環境和生態效應變化也完全不同。
倫坡拉盆地擁有青藏高原中南部最全最連續的新生代地層,是研究青藏高原構造、氣候、生態最關鍵的地區之一。在倫坡拉盆地,研究人員發現了大量熱帶棕櫚、樟樹和攀鱸魚、水蜘蛛等化石和多層古土壤及火山灰,這些資料詳細記錄了青藏高原中南部隆起和氣候環境變化歷史。
倫坡拉盆地達玉山剖面1510米處古土壤
2006年,國外科學家通過測定該區古土壤鈣結核氧同位素比值發現,約4000萬年前的晚始新世,青藏高原中南部就隆起到約4600米的現代高度。隨後,這一觀點成為國際主流。
經過十多年的持續研究,方小敏帶領團隊對倫坡拉盆地北部達玉山山前海拔近2000米的新生代地層剖面進行了系統的古地磁年代測定,對剖面上發現的熱帶動植物化石和三層火山凝灰巖以及沉凝灰巖進行了絕對年齡雷射測定,首次獲得了倫坡拉盆地早新生代連續高精度的磁性地層年代序列。
發現大量棕櫚樹和魚化石的油頁巖層位
研究人員認為,該區域古土壤的年代為約2600萬年至2150萬年,熱帶動植物化石的年代為約3900萬年前。
通過年代測定並結合盆地新的古高度歷史與構造演化,研究人員確認,倫坡拉盆地具有明顯的兩期形成演化和變形歷史:早期約4200萬年到2500萬年前緩慢變形沉陷,晚期約2500萬年至2000萬年前快速變形隆升。
青藏高原中南部倫坡拉盆地含豐富動植物和古土壤、火山灰的新生代地層剖面及其精細的古地磁年代測定;五角星代表火山凝灰巖絕對年代,左下圖為剖面中發現的熱帶水蜘蛛和攀鱸魚
據此,研究團隊提出了對青藏高原中南部隆升的新認識,約2500萬年到2000萬年,倫坡拉盆地兩側山體下地殼被擠入盆地下方,像千斤頂般託舉盆地,隆升到現在的高度。
該成果文章審稿之際,《科學進展》雜誌審稿人對文章給予高度評價,認為這項研究將對青藏高原中南部新生代地層年代限定及相關的未來研究起到承前啟後的關鍵性作用。同時,為深入理解青藏高原形成過程、機制及其與氣候環境和生物演化的關係,提供新的年代學約束,推動重新審視青藏高原隆升機制模型、大地貌形成以及深部-表層地球圈層相互作用等研究。
上圖為6000-4000萬年前,下圖為2600-2000萬年前以後,青藏高原古高度和地形情景以及相應的深部驅動過程概述(青藏高原中南部低地隆升的「千斤頂」頂託隆起過程)。