重新审视青藏高原同位素古高度研究结果:青藏高原的始新世海拔高度不超过3000米
2019-06-15 10:19:15   来源:化石网   评论:0 点击:

图1 青藏高原现今与始新世的气候模拟。(A)现今青藏高原及其周边地区夏季大气降水氧同位素分布;(B)现今大气降水氧同位素的纬度效应;(C)模型模拟的始新世大气降水分布模式;(D)模型模拟的始新世大气降水

图1 青藏高原现今与始新世的气候模拟。(A)现今青藏高原及其周边地区夏季大气降水氧同位素分布;(B)现今大气降水氧同位素的纬度效应;(C)模型模拟的始新世大气降水分布模式;(D)模型模拟的始新世大气降水氧同位素分布模式(Botsyun et al., 2019)
 
(化石网报道)据中国科学院地质与地球物理研究所(孙继敏):新生代以来,地球上最为显著的地貌变化就是印度与亚洲板块碰撞导致的青藏高原的隆升。长期以来,关于碰撞的起始时间、碰撞方式与过程以及古高度等均有较大的争议。青藏高原古高度是板块碰撞过程的表征和计量,更是联系深部岩石圈与浅表层圈演化的纽带,研究高原不同地区、不同时间的古高度,是非常重要的科学问题,只有准确重建古高度,才能正确评价高原隆升机制与扩展过程及其对区域与全球气候的影响。
 
近十年来,青藏高原的稳定同位素古高度重建成为了热点方法之一,其代表性的研究工作是Rowley and Currie(2006)发表在Nature的文章,他们通过对青藏高原中部伦坡拉盆地的牛堡组、丁青组的湖泊与古土壤钙结核碳酸盐氧同位素组成的研究,利用瑞利 (Rayleigh)分馏模型的氧同位素高度效应,提出了早在晚始新世的35 Ma,高原中部已经达到与现今类似的4600米,甚至4800米高度的观点。但是,来自伦坡拉盆地的后续研究发现,无论是古脊椎动物古生态重建(Deng et al., 2012),还是孢粉的古高度重建(Sun et al., 2014)均认为其渐新世晚期-早中新世的高度不超过3000米左右。来自伦坡拉盆地的最新植物化石(常绿阔叶植物的棕榈叶子化石)的证据,更是将伦坡拉盆地的古高度限定在2300米以下(Su et al., 2019)。动植物化石与稳定同位素古高度重建的巨大差异,无疑加剧了古高度的纷争,急需新的视角重新审视高原古高度问题。
 
最近以法国Svetlana Botsyun为首的科学家,在Science以“Research Article”形式发表了他们基于氧同位素的大气环流模型和地质记录的交叉检验,重新审视青藏高原同位素古高度的研究结果,并提出青藏高原的始新世海拔高度不超过3000米,这与此前的动植物化石结果相一致。
 
他们的模型充分考虑了始新世时的边界条件,包括始新世的古地理分布(更南的喜马拉雅造山带以及喜马拉雅北侧宽阔的副特提斯海)、不同的海拔高度、始新世的大气CO2浓度 (1120ppm,现今的3倍左右)、海表温度(Sea Surface Temperature, SST)等,他们的模拟结果清楚地显示:始新世时(图1C)印度季风已经形成,季风北缘限定在北纬20度以南的印度板块前陆地区(India Foreland),高原内部及亚洲腹地为比现今更强的西风环流控制,因而与现今的大气环流模式完全不同。更重要的是,他们的降水氧同位素模拟结果与现今更是大相径庭,甚至出现了反高度效应(图1D)。 
 
通过不同海拔的模拟结果与地质记录的交叉检验,他们发现在海拔3000米以下时,二者的相关性最好,因此提出了青藏高原在始新世的海拔高度不超过3000米的观点。
 
他们对当前流行的稳定同位素古高度方法提出了质疑,认为这一方法并不适合进行古高度重建:(1)瑞利模型只适合单一水汽来源,然而始新世的青藏高原既受印度洋和孟加拉湾的水汽,也受来自副特提斯海的水汽影响;(2)环流格局大不相同,印度季风在始新世影响范围有限,但西风环流比现今强劲的多,干旱带也比现今宽阔的多;(3)造山带位置与高度差异大;(4)CO2浓度、海表温度 (SST) 差异巨大。
 
他们最后建议:气候模拟与地质记录相结合,是研究高原古高度的有效手段。

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