科学家首获青藏高原中南部新生代地层年代序列——改写青藏高原隆升和生态环境历史
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2020-12-10 10:22
12月10日，记者从中科院青藏高原所获悉，该所新生代环境团队方小敏研究员等联合中国地质大学（北京）王成善院士、兰州大学等国内外研究机构和大学，精确测定和建立了青藏高原中南部伦坡拉盆地约4100至2150万年期间的新生代地层年代序列，修正了该区域古高度年代为4000万年前小于2300米，2600-2100万年前才可能达到3500-4500米。此前，国际学界认为约4000万年前该区高原就已隆升到4600米的现代高度。
该成果当地时间12月9日在线发表于国际著名学术期刊《科学进展》（Science Advances），为深入理解青藏高原形成过程、机制及其与气候环境和生物演化的关系提供了新的年代学约束，将推动重新深入审视青藏高原隆升机制模型、大地貌形成以及深部-表层地球圈层相互作用研究。
青藏高原的隆起过程及其对亚洲和全球气候、生物演化的影响，一直是地学前沿科学问题。其中，青藏高原高度的变化历史最能刻画高原的地貌变化和对气候环境与生物的影响。不同高度变化历史意味着不同的隆升过程和驱动机制，导致的气候环境和生态效应变化也完全不同。
伦坡拉盆地位于青藏高原中南部，堆积了4千多米区域内最全最连续的新生代地层，并发现大量热带棕榈、樟树和攀鲈鱼、水蜘蛛等化石和多层古土壤及火山灰，详细记录了青藏高原中南部隆起和气候环境变化历史，是研究青藏高原构造、气候、生态最为关键的地区之一（图1）。
图1 青藏高原中南部伦坡拉盆地
2006年，外国科学家通过对该区古土壤钙结核氧同位素比值的测定，在《自然》杂志发表了晚始新世约4000万年前，青藏高原中南部隆起到现今海拔约4600米高度的观点成为国际主流认识，推动了此后大量地质机制模型、亚洲季风和内陆干旱演化等诸多学科研究的新认识及近千篇后续论文发表。
经过持续十多年的研究，方小敏团队对伦坡拉盆地北部达玉山山前近2000米新生代地层剖面进行了系统的古地磁年代测定，对剖面上发现的三层火山凝灰岩和沉凝灰岩进行了绝对年龄激光测定，首次获得了伦坡拉盆地早新生代连续高精度的磁性地层年代序列（图2）。研究认为，该区域古土壤的年代为约2600-2200万年，热带动植物化石的年代为约3900万年前。
利用年代测定结合盆地古高度与构造演化推断，伦坡拉盆地具有明显的两期形成演化和变形历史：早期约4200万年到2500万年缓慢变形沉陷（100m/百万年），晚期约2500-2000万年快速变形隆升。据此，研究团队提出了新的青藏高原中南部隆升认识——约2500到2000万年，伦坡拉盆地两侧山体下地壳被挤入盆地下方，像千斤托举顶盆地隆升到现在的高度。该研究将对青藏高原中南部新生代地层年代限定及与此有关承上启下的诸多研究起到关键作用。
该项研究受到国家第二次青藏高原综合科学考察研究专项、中科院A类先导专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”和国家自然科学基金项目支持。
图2 青藏高原中南部伦坡拉盆地含丰富动植物和古土壤、火山灰的新生代地层剖面及其精细的古地磁年代测定。
五星代表火山凝灰岩绝对年代，左下图为剖面中发现的热带水蜘蛛和攀鲈鱼。