我国科学家揭示青藏高原差异性隆升过程和机制

中国科学院青藏高原研究所丁琳院士领衔的大陆碰撞与高原隆升研究团队最近几天在国际专业学术期刊《自然概览:地球与环境》上发表题为《青藏高原隆升的时间与机制》的综述文章，系统阐述了青藏高原的差异隆升过程和深部动力学机制。

大陆碰撞和俯冲等深部成层作用驱动的青藏高原隆升是新生代最重要的地质事件之一高原隆升显著影响了地球表层—大气圈，水圈/冰冻圈，生物圈和人类圈的耦合过程，深刻影响了亚洲气候动力学，生物多样性，碳循环，现代水资源分布和大江大河的演变它是21世纪地球系统科学研究的前沿

可是，在大陆碰撞过程中，青藏高原大陆岩石圈变形和地表高程时空变化的机制尚不清楚最近几年来，伴随着青藏高原定量古海拔数据的加速产生，学者们逐渐认识到高原具有差异隆升的特征，部分地区的隆升时间早于或晚于以前的推测，现有的动力学模型不能完全反映高原的隆升过程

丁琳院士指出，完整的青藏高原演化模式必须考虑亚洲在印度—欧亚大陆碰撞前的构造事件中所继承的古地貌和岩石圈的不均一性，这对理解高原的差异隆升非常重要。

阶地是以断层为界的地壳碎块或地壳碎块的复合体，具有独特的地质历史通过对青藏高原白垩纪海陆过渡，构造变形，岩浆和低温年代学证据的详细分析，研究团队提出拉萨—羌塘地体的碰撞和随后拉萨岩石圈的向北俯冲导致了分水岭山脉的初始生长新特提斯洋在南部的持续俯冲，在约9500万年前使冈底斯地区上升到海平面，形成了类似于现在安第斯山脉的发展过程，称为安第斯冈底斯山，在藏南地区有显著的降水作用此时的青藏高原只有分水岭山和冈底斯山两座狭窄的山脉，但地表隆升的幅度仍需量化

印度—欧亚板块碰撞的时间和方式对限定印度北缘范围和缩短新生代变形至关重要，是制约高原表面隆升幅度和深部动力学机制的关键。

目前关于新特提斯洋闭合历史的假说有:大印度洋海盆模型，洋内俯冲模型和单阶段俯冲碰撞模型这些假说对大印度的大小和印度与欧亚大陆最初的碰撞时间做出了完全不同的预测可是，上述模式都是基于丁琳院士团队发现的关键证据，即印度—欧亚大陆碰撞形成的前陆盆地该盆地在6500万年至5900万年前开始接受冈底斯岛弧地区的物源，表明印度—欧亚大陆碰撞在此时已经开始，远早于国际公认的印度与欧亚大陆第一次碰撞的时间5000万年前

与此同时，该团队在西藏，巴基斯坦和印度工作了近20年，从中获得了重要知识:

1.藏南目前发育的冈底斯岩浆弧，弧前盆地，蛇绿岩和海沟形成于拉萨地体南缘的洋—陆俯冲体系，而非远离大陆的洋内俯冲体系，

2.来自巴基斯坦北部的证据表明，亚洲物质可能在大约5200万年前到达印度次大陆，这不支持在印度—欧亚大陆碰撞之前存在海洋盆地因此，本文指出单阶段俯冲碰撞模式是解释印度—欧亚大陆碰撞最简单的模式，并且也有地质证据支持不幸的是，古地磁数据表明，如果印度—亚洲在大约6000万年前发生碰撞，那么印度和亚洲的岩石圈在一个完整的大陆环境中要吸收大约4000公里的地壳缩短

解决高原隆升历史的需要极大地推动了古高度计的发展广泛应用的古海拔定量重建技术包括氢氧同位素，动植物化石，簇同位素等这些古海拔的定量重建技术为大陆变形和高原生长提供了关键信息，可以更清晰地认识高原差异隆升的过程和动力学机制

结合已有的定量古海拔成果和深部动力学证据，研究团队进一步还原了青藏高原不同地体从约6000万年前至今的隆升历史和岩石圈演化过程，提出青藏高原不同造山带具有不同的隆升历史500—4500万年前，冈底斯造山带因新特提斯洋俯冲板块的拆离而上升到海拔4500米，4000—4000万年前，新特提斯板块断裂后，浮力更大的印度岩石圈向北水平楔入，激活了羌塘地体南北缝合带的陆内俯冲，使分水岭山脉上升到5000米的高空，此时冈底斯造山带与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，高原北部仍处于海拔2，000m以下的低海拔地区，高原整体呈现两山一盆的特征4000—3000万年前，拉萨岩石圈在中央谷地下拆离，上地壳缩短，岩浆下垫，软流圈上涌等多种深部地球动力学过程的耦合作用，使中央谷地上升到现在的4500米高度，青藏高原正式由造山带转变为统一高原500—1500万年前，由于印度大陆的不断俯冲，俯冲到喜马拉雅山下的印度大陆岩石圈和俯冲到藏北可可西里—昆仑山下的欧亚大陆岩石圈相继塌陷，喜马拉雅山和昆仑山相继上升到现代高度，从而形成了现代意义上的高原但北部地区的隆升历史仍存在很大的不确定性，需要更多定量的古高度数据来验证

地球物理勘探揭示，印度和欧亚大陆岩石圈经历了各种地球动力学行为，如水平楔入到陡峭俯冲，撕裂，断裂和板块下沉表明类似的过程在整个新生代印度—亚洲大陆碰撞过程中不断发生，最终导致了青藏高原构造变形，岩浆作用和地表隆升的时空差异

针对青藏高原隆升的时间和机制，本文指出今后需要开展的研究方向包括:

1.解决印度—欧亚大陆汇聚与地壳缩短的不一致，

2.需要大量高分辨率的古海拔数据来准确定义高原的隆升历史，

3.结合数值模拟和地质资料，准确重建高原地球系统的演化历史，

4.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，分析大陆碰撞如何影响相邻板块边界的结构和全球地幔对流。