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孙继敏等-ESR:中亚造山带与青藏高原东北缘的构造复活与中国风成红粘土沉积的耦合关系
2022-01-24 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  亚洲内陆同时拥有世界上最长的陆内增生型造山带(中亚造山带)以及北半球最大的中纬度干旱-半干旱区 (1)。中亚造山带形成于晚古生代,但经过中生代及新生代早期的长期剥蚀,直至新生代早期已经基本夷平。晚新生代以来,受印度-欧亚板块碰撞远程效应的影响,中亚造山带发生构造复活,最终形成现今规模宏大、年轻的陆内再生造山带。在中亚造山带的南缘,分布着世界上厚度最大、连续性最好的新近纪风成红粘土沉积。鉴于中亚造山带和青藏高原东北缘晚新生代的强烈构造作用,必然对区域和全球气候以及表层生态系统产生重要影响,中亚造山带与风成红粘土分布之间的空间共存关系以及动力学关联,是开展地球系统科学研究的理想地区。 

图1 亚洲内陆中亚造山带 (天山、阿勒泰-戈壁阿勒泰山、杭爱山脉)及其干旱、半干旱区的沙漠、黄土分布

  中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室孙继敏研究员及其合作者,在前期研究基础上,整合国际上最新的研究进展,提出中亚造山带及青藏高原东北缘强烈的构造复活与山脉隆升主要发生在中新世末期的700万年以来 (2),这一时间与中国第三纪风成红粘土沉积在700万年以来广泛分布的时间高度一致。他们提出二者之间存在耦合关系,岩石圈的构造变动控制了造山带的剥蚀风化、改变了大气环流,进而影响到表层圈的演化。

图2 亚洲内陆中亚造山带及青藏高原东北缘晚新生代隆升历史以及黄土高原风成红粘土沉积时间

  此外,他们解释了晚渐新世-早中新世仅有少量风成红粘土分布在六盘山以西以及700万年以来红粘土广泛分布于黄土高原六盘山以东的原因 (图3)。渐新世末至中新世初期,中亚造山带已经基本剥蚀夷平,天山山脉与蒙古高原基本准平原化 (图3a),很难为风成红粘土提供来源物质;这一时期青藏高原主体已经有一定的隆升高度,但其东北缘的隆升高度有限,仅仅在高原东北缘产生少量的造山带剥蚀物质。这一时期,由于蒙古高原尚未隆升,西伯利亚冷高压强度偏弱、位置偏南,与此导致冬季风偏弱,风尘的携带能力有限,仅仅在靠近青藏高原东北缘的六盘山以西出现少量的风成红粘土沉积 (图3a)。中新世末期的700万年时,印度-欧亚板块碰撞的远程效应导致中亚造山带及其青藏高原东北缘的祁连山脉 (特别是北祁连) 发生强烈的构造复活 (3b),造山带的隆升大大加速了基岩的剥蚀风化(特别是寒冻风化),这些风化物质被流水带到山前,形成巨型洪积扇,为广泛的红粘土沉积提供了巨量的物源;此外蒙古高原和青藏高原东北缘的隆升,大大加强了西伯利亚冷高压,使其强度更大、位置偏北,由此导致冬季风强度大大增强。此外,天山山脉与阿勒泰-戈壁阿勒泰山脉之间、戈壁阿勒泰与杭爱山脉之间、高原东北缘与戈壁-阿勒泰之间的均形成西北-东南走向的谷地,且平行于冬季风的盛行风向,地形的“峡管效应”进一步加强了冬季风的搬运能力,上述因素共同导致了7百万年来风尘的快速搬运和广泛堆积,更远距离搬运的风尘则进入北太平洋,导致了同一时期海洋风尘输入的快速增加。上述研究观点也得到了近年古气候模拟结果的支持。

图3 (a)渐新世末期-中新世初期的古地貌格局与风成红粘土沉积;(b) 古气候模拟显示的蒙古高原隆升前的风力路径及风尘搬运(Sun and Liu, 2018); (c) 700万年前的地貌格局与风成红粘土分布; (d) 古气候模拟显示的蒙古高原隆升后的风力路径及风尘搬运(Sun and Liu, 2018)

  研究成果发表于国际学术期刊Earth-Science Reviews孙继敏*, 丁仲礼, 肖文交, Windley B. 2022. Coupling between uplift of the Central Asian Orogenic Belt-NE Tibetan Plateau and accumulation of aeolian Red Clay in the inner Asia began at ~7 Ma[J]. Earth-Science Reviews, 2022, 226: 103919. DOI: 10.1016/j.earscirev.2022.103919.

 
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