《自然-地球科学》：三氧同位素地球化学研究改写喜马拉雅山形成历史

原创 同位素地球化学 2023-11-12 13:10 发表于甘肃

标签: 喜马拉雅山, 古气候, 古地形, 氧同位素

     斯坦福杜尔可持续发展学院的一组研究人员利用了矿物质的同位素构成，发现世界上最著名山脉之一喜马拉雅山之形成并非如专家所认为的那样。这一发现将导致古地形重建以及新的古气候假设。该研究成果8月10日在《自然·地球科学》发表。

  喜马拉雅山脉拥有14座山峰，海拔超过8000米，是世界上最高的山脉，矗立于青藏高原之上，后者是全球海拔最高、面积最大的高原，平均海拔超过4500米。“争议主要集中在对喜马拉雅山形成前景的理解上，”地球与行星科学教授、该研究的资深作者佩奇·张伯伦（Page Chamberlain）解释说。“研究首次指出，在形成喜马拉雅山之前，两个构造板块的边缘已经相当高——平均约为3500米。”

   图文描述了使用30米空间分辨率的先进空间红外辐射与反射辐射计全球数字高程模型第3版（ASTER GDEM V3）数据生成的地形图。研究中标注了Sinongduo矿床（63-61百万年，绿色方块）以及先前古地形研究的位置（紫色方块）：Namling盆地（约15百万年时4.7-5.5公里）；Linzhou盆地（54-50百万年时4.0-4.5公里）；雅鲁藏布江缝合带；Bangong–Nujiang缝合带；Shiquan River–Nam Tso混合带；Luobadui–Milashan断裂带；北拉萨；中央拉萨；南拉萨；冈底斯弧。17O过剩（17O-ex）以每兆为单位（百万分之一）等同于Δ′17O。

  该研究的第一作者、张伯伦实验室的博士后研究员、现任布朗大学助理教授丹尼尔·伊瓦拉（Daniel Ibarra）博士补充说：“这超过了目前喜马拉雅山的高度60%。”传统模型认为，约5000万年前，印度次大陆与欧亚大陆向北碰撞形成了喜马拉雅山脉，这一碰撞封闭了两大陆之间的海洋，并使地壳碎片上升。伊瓦拉解释：“长期以来，专家们一直认为，只有大规模的大陆对撞才能形成像喜马拉雅山那样巨大的隆起。”“这项新研究推翻了这一观点，将该领域引向新的有趣方向。”研究人员通过分析保存在矿物中的氧同位素来确定其形成时的海拔高度，从而重新构建了喜马拉雅山在大陆碰撞之前的地形。

在这项研究中，对来自西藏的硅酸盐样品（石英和整岩）以及降水、河流（本研究）和自来水进行的三氧同位素测量的交叉图。从这些数据得出的西藏水线（Tibetan MWL）是δ′17O = 0.5282 × δ′18O + 0.0365（Extended Data Fig. 4a）。带有置信区间的虚线（灰色阴影）是加权误差的York回归。SiO2–H2O平衡显示在无限水/岩（W/R）比例端点（灰色三角形）和降水（蓝色三角形）之间的箭头。小圆圈未包含在回归中（详见正文）。b, 古地形计算显示降水未经校正的Δδ18O（白色圆圈）和经过对低纬度至中纬度表层海水变化和古纬度变化的校正后的Δδ18O降水值（蓝色三角形，有关校正的详细信息请参见正文），使用Rowley和Garzione22的模型方程（均值（实线）和1σ（虚线））。小圆圈代表由Kukla等人50编制的现代地表、河流和河水数据；大菱形对应a中所示的测量值。

    他们采样并分析了西藏南部的石英（SiO₂）矿脉，结果显示冈底斯弧（Gangdese Arc，喜马拉雅山脉底部的主要地质单元）的地基比预期高得多。这种显著隆起发生在6300至6100万年前，可能是由于印度大陆和欧亚大陆碰撞前，海洋地壳在两个大陆板块之下以低角度滑动所致。

“这种新的认知可能重新塑造对气候和生物多样性的理解，”伊瓦拉总结道。长期以来，喜马拉雅山脉作为降雨和大气流动的有效屏障，一直被认为是塑造亚洲和印度洋气候模式的重要因素。然而，新的古地形重建表明，由于高海拔地形早于喜马拉雅山脉的形成，可能会产生新的古气候假设。这也可能引发对其他主要山脉的更详细审查，例如安第斯山脉和内华达山脉，这些山脉也是通过地球板块碰撞类似方式形成的。 

责任编辑：叶紫微