青藏高原隆升历史是连接岩石圈变形与环境变化的纽带，也是传统科学研究的热点和难点。通过同位素、宇宙成因核素、生物标志等古高度定量重建技术，揭示青藏高原新生代以来的隆升与扩展过程，为深入理解主要造山带的形成演化和古环境变化，尤其是构造与环境的相互作用关系提供重要依据。
2022年2月10日，以实验室为第一署名单位，丁林院士领衔的碰撞隆升及影响团队以“青藏高原中央谷地古近纪隆升和消亡过程”（The rise and demise of the Paleogene Central Tibetan Valley）为题，在国际顶级学术期刊Science Advances上发表相关研究成果。该项研究成果创新性的提出：印度板块与欧亚板块碰撞后，在早期形成的高大的冈底斯山造山带和中央分水岭造山带之间发育了广阔的中央谷地，该谷地的隆起消失即标志着统一高原的形成。
青藏高原中央谷地（图1）位于高原核心腹地，夹持于南部冈底斯山脉和北部中央分水岭山脉之间，西起班公湖，东至丁青县，东西长1500公里，南北宽20-100公里，平均海拔约4600米，是考证统一高原形成的关键靶区。
图1. 青藏高原中央谷地范围及地表高度剖面
自1997年起，丁林院士带领团队持续在中央谷地核心部位的伦坡拉盆地进行野外考察，采集了大量年代学和团簇同位素样品。其中，在牛堡组和丁青组地层中共发现了9套火山灰，利用锆石U-Pb年代学方法确定了这些火山灰的绝对年龄，建立了伦坡拉盆地5000-2000万年前沉积地层绝对年代框架。牛堡组地层时代在5000-2900万年前，丁青组地层时代在2900-2000万年前。在此年代框架的基础上，研究团队与英国布里斯托大学古气候模拟团队合作，在青藏高原首次利用古气候模拟确定了古近纪期间中央谷地的降雨模式为冬、夏两个季节的双峰式，结合降雨量、地表蒸散和土壤水分含量等，揭示了古土壤钙质结核的形成季节。结合古土壤钙质结核团簇同位素重建的地表温度、模拟得到的海平面湿球温度以及地表气温直减率，定量恢复了伦坡拉盆地古高度变化历史。结果表明，青藏高原中央谷地在5000-3800万年前处于1700米的相对低海拔位置，处于亚热带森林环境（图2）；在3800-2900万年前，以伦坡拉盆地为代表的中央谷地快速隆升到海拔超过4000米的高原（图2）。伴随中央谷地的隆升和全球气候变冷，高原中部地区温度显著下降，降水减少，并且季风作用增强。气候变化进一步导致高原中部地区从温暖湿润的亚热带生态系统转变为寒冷干燥的高寒生态系统（图2）。综合区域内古高度、构造活动、岩浆作用等证据，研究认为，中央谷地地表隆升的深部地球动力学机制为俯冲的拉萨地幔拆沉、软流圈物质上涌及上部地壳缩短（图2）。
该研究成果综合了构造地质演化、岩石圈深部动力学过程、古温度、古植被分析和古气候模拟等多领域、多手段的研究，打通圈层隔离和科学界线，定量恢复了青藏高原中央谷地3800-2900万年前的隆升和消亡过程，揭示了中央谷地的隆升和统一高原的形成历史是青藏高原对地表圈层环境巨大影响的肇始，在打通高原各圈层演化的时空隧道方面迈出了坚实一步，对青藏高原地球系统科学研究将具有重要的引领示范作用。
该研究成果获得基金委青藏高原地球系统基础科学中心（41988101）、第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0708）、中国科学院“丝路环境”先导专项（XDA20070301）等项目的联合资助。
论文信息：Xiong, Z.Y, Liu, X.H, Ding, L.*, Farnsworth A., Spicer, A., Xu, Q., Valdes P., He, S., Zeng, D., Wang, C., Li, Z., Guo, X., Su T., Zhao, C., Wang H., Yue Y. The rise and demise of the Paleogene Central Tibetan Valley. Science Advances, 8, eabj0944 (2022).
图2. 中央谷地3800-2900万年前隆升和消亡过程模式图
原文链接：https://science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0944
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