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喜马拉雅山的隆升及对南亚季风的影响
2017-01-13

  喜马拉雅山是印度和亚洲大陆于65Ma碰撞以来的直接产物,它的高度变化是重建青藏高原隆升历史的关键;越来越多的研究指出南亚季风演化与喜马拉雅山密切相关。早在上世纪60年代就利用希夏邦马峰地区高山栎植物化石研究喜马拉雅的隆升过程;近年来在喜马拉雅一系列的晚中新世盆地中如扎达、吉隆等,利用稳定同位素方法揭示喜马拉雅山在晚中新世之前(15-7Ma)达到现今高度,但喜马拉雅如何从沧海到雪山,又是如何影响青藏高原和南亚地区环境气候却并不清楚。

  本项研究是中科院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验丁林研究员团队、中科院植物研究所兼职教授R. A. Spicer和杨建博士及印度相关机构科研人员联合开展的跨喜马拉雅山国际合作研究。研究基于藏南柳区和恰布林地区晚古新世(~56Ma)和早中新世(21-19Ma)植物化石、以及喜马拉雅前陆盆地已发现的4个新生代(55-11Ma)植物化石开展的。利用气候多变量分析(CLAMP)获得了上述喜马拉雅山南北不同时代植物群的古热焓值及其他环境气候变量,重建了喜马拉雅造山带的隆升历史,晚古新世以来的降水、温度变化等。该项研究成果发表在最新一期的Geology杂志上。

  古高度结果表明在最高海相层沉积(55-50Ma)结束前后,柳区地区仍处于相对较低的海拔高度(~1000m或更低),与具明显热带特性的富棕榈植被特征一致(图1);直到早中新世,恰布林地区的古高度也仅为~2300m。

  不同于古新世就具有高海拔(~5000m)特征的冈底斯山(Ding et al. 2014),喜马拉雅从晚古新世时(56Ma)的~1000m缓慢生长至早中新世时(21-19Ma)的~2300m高度,此后~5-7 Ma快速隆升,达到现今高度(图2)。喜马拉雅山的快速隆升与印度板块20-11Ma向北运动速率的快速降低非常一致(Molnar & Stock, 2009)。

  在过去的56Ma,喜马拉雅山以北的藏南地区与喜马拉雅前陆盆地在大气降水变化呈现出明显的分异。早始新世,藏南的降水量与印度北部的降水量基本一致,最湿三个月(3-WET)的降雨量达~1000 mm/yr,最干三个月(3-DRY)的降雨量为~200 mm/yr。随喜马拉雅山的隆升,喜马拉雅山以北的藏南地区逐渐变得干旱寒冷,年均温从古新世的24oC下降到现今的8oC,最湿三个月降雨量不到早中新世前的一半,约300mm/yr,最干三个月的降雨量仅为40mm/yr。但喜马拉雅山前盆地的大气降水量自始新世以来的增加不明显,似乎和喜马拉雅山的隆升毫无关系。该项究揭示喜马拉雅山脉隆升对向北传输的南亚季风气团产生的阻挡和导流作用是青藏高原逐渐干旱的原因。但藏南最干三个月的降雨量的大幅减少也可能与高原对西风的阻挡有关。而喜马拉雅山前由于南亚季风自晚古新世以来就一直存在,降水变化并不明显。

  结合我们前期的研究(Ding et al., 2014; Xu et al., 2013,2015),本项成果定量刻画了青藏高原与喜马拉雅山的抬升历史。不同于安第斯型冈底斯山,喜马拉雅山在印度与欧亚大陆碰撞之际才开始抬升;随着大陆碰撞作用的持续进行,喜马拉雅南向生长;当喜马拉雅山高度超过原始青藏高原时,引起了高原内陆气候的强烈干旱化,并最终奠定现今南亚季风格局。

  论文连接:

  http://geology.gsapubs.org/content/early/2017/01/09/G38583.1.full.pdf+html 

  Ding Lin, R.A. Spicer, Jian Yang, Qiang Xu, Fulong Cai, Shun Li, Qingzhou Lai, Houqi Wang, T.E.V. Spicer, Yahui Yue, A. Shukla, G. Srivastava, M. Ali Khan, S. Bera, and R. Mehrotra. Quantifying the rise of the Himalaya orogen and implications for the South Asian monsoon. Geology. 2017, doi:10.1130/G38583.1.

  Ding, L., Xu, Q., Yue, Y.H., Wang, H.Q., Cai, F.L., Li, S. 2014. The Andean-type Gangdese Mountains: Paleoelevation record from the Paleocene–Eocene Linzhou Basin. Earth and Planetary Science Letters, 392: 250-264.

  Xu, Q., Ding, L., Zhang, L., Cai, F., Lai, Q., Yang, D., Liu-Zeng, J., 2013. Paleogene high elevations in the Qiangtang Terrane, central Tibetan Plateau. Earth and Planetary Science Letters 362, 31-42.

  Xu, Q., Ding, L., Hetzel, R., Yue, Y., Rades, E. F. Low elevation of the northern Lhasa terrane in the Eocene: Implications for relief development in south Tibet, Terra Nova,   2015,  27, 6: 458-466.

图1 始新世时期的冈底斯山与喜马拉雅。喜马拉雅地区刚刚脱离海相,发育以棕榈、桉树、榕树为代表的热带植物群落。

图2 CLAMP和氧同位素结果指示喜马拉雅山与拉萨地块的隆升过程。古高度数据的误差为2σ;CLAMP古高度结果已经热焓值纬度变化模型校正(Khan et al., 2014);虚线表示自60Ma以来,印度西北角和东北角的印亚大陆平均汇聚速率(mm/yr)变化。

图3 青藏高原-喜马拉雅造山带与喜马拉雅前陆盆地的植物叶片气候多变量分析(CLAMP)结果。A. 热焓值回归分析;B. 三个连续最湿月份及三个连续最干月份的降水量对比分析;C. 三个连续最湿月份与最干月份的降水量比值显示季节性特征。

 
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