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EPSL:上新世中期喜马拉雅山仍未隆升至现今高度

  喜马拉雅山是地球上最高大雄伟的山脉,探究其隆升历史有助于深入理解亚洲季风系统起源演化和印欧板块碰撞机制等重大科学问题。上世纪六七十年代的青藏科考中,我国科学家在喜马拉雅山中段的晚中新统至上新统地层中发现了高山栎和三趾马等动植物化石,这被认为是喜马拉雅山在该时期仍处于较低海拔的重要证据。进入21世纪后,碳酸盐氧同位素(δ18Oc)古高度计的兴起促使青藏高原古高度研究走向定量化。基于δ18Oc的定量重建指出喜马拉雅山在晚中新世至上新世时期已经达到甚至超出其现今高度,该学说近年来逐渐成为学界主流。然而,如何解释氧同位素古高度计与生态证据间的巨大差异仍是悬而未决的问题。

  1研究区位置示意图和地质概况

  中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队白艳副研究员等,首次在喜马拉雅山地区吉隆盆地尝试应用叶蜡正构烷烃氢同位素(δ2Halk)和甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)温度计两种新兴的定量古高度计,从新的角度探究这一难题(图1)。δ2Halkδ18Oc重建古高度均依据沿高度降水的瑞利分馏模型,但其形成和保存过程的同位素分馏机制存在较大差异;GDGTs是来源于古菌和一类细菌的细胞膜脂分子化石,能够记录其生存环境温度,可以提供基于微生物生态的定量化证据。

  结果显示两种新方法重建的吉隆盆地晚中新世至上新世中期的古高度存在系统差异。δ2Halkδ18Oc重建古高度分别为约6.3 km5.5 km,均高于现今高度(约4.0 kmGDGTs重建的陆源输入区和湖表面高度分别为约3.6 km2.5 km,均低于现今高度,与动植物化石等生态证据指示的暖湿环境一致。值得注意的是,源自陆生高等植物的δ2Halk与源自湖泊水体的δ18Oc重建高度的差值与GDGTs重建的陆源输入区与湖表面的高度差接近。这意味着氢氧同位素体系与GDGTs体系可能同等地记录了盆地内部的地形差,二者并不分别代表山顶高处和盆地低处。另一方面,吉隆盆地沉积物中,土壤源GDGTs重建温度和δ2Halk关系明显偏离了现代表土模式,指示GDGTs重建温度高估或δ2Halk负偏(图2)。考虑到当时的气候特征适合GDGTs温度计的应用,而降水模式则与现今存在很大差异,不完全满足降水氢氧同位素古高度计的假设。因此,后者更可能系统高估了吉隆盆地古高度。

  综上,本研究推断晚中新世至上新世中期吉隆盆地盆底海拔约2.5 km,而周围山体海拔超过3.6 km。这一结果指示上新世中期之后吉隆盆地仍需快速隆升约1.5 km(图3)。由于氢氧同位素古高度计体系与生态证据的不匹配在青藏高原中南部新生代地层中是普遍存在的,因此有必要对先前的相关研究结果进行重新评估。

  2 藏南表土和吉隆盆地沉积物中δ2HalkGDGTs重建温度关系的差异

  3 喜马拉雅山中段古高度记录

  该项成果以“Lower-altitude of the Himalayas before the Mid-Pliocene as constrained by hydrological and thermal conditions”为题发表于国际著名地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》,中科院青藏所博士生陈炽皓为第一作者,白艳副研究员为通讯作者,方小敏研究员、何建坤研究员、张涛博士、硕士生陈清虎、中科院古脊椎所邓涛研究员和西南石油大学许强博士为该论文共同作者。该研究得到了第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0707)、中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA20070201)、国家自然科学基金基础科学中心项目(41988101-01)和面上项目(4157101441871023)的联合资助。

  文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X20303666

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