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《中国科学院海洋研究所揭示喜马拉雅山脉的主要隆升起始于中新世》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2024-06-05

  • 近日，国际地学期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》在线发表了中国科学院海洋研究所、同济大学、法国巴黎萨克雷大学和自然资源部第一海洋研究所等单位合作的最新研究成果。研究团队基于孟加拉湾沉积岩芯中的稀土元素含量和铅(Pb)同位素组成，结合蒙特卡洛模拟的同位素混合模型，首次定量重建晚渐新世-早中新世以来孟加拉湾沉积物来源演化历史，在此基础上结合古地理证据，提出了喜马拉雅山脉的主要隆升期可能不早于中新世的新认识。同时，研究提出喜马拉雅造山带在中新世可能由西向东渐进式发展，并在晚中新世逐渐形成类似现代海拔高度的山脉。

    在65-55百万年前，印度-亚欧板块碰撞导致的喜马拉雅-青藏高原隆升被认为是新生代全球最重要的构造活动之一。大范围地形抬升驱动了亚洲季风系统的形成与河流系统的重组，进而对全球气候和环境产生了深远影响。然而，喜马拉雅-青藏高原的构造隆升历史至今仍然不清楚。特别是，喜马拉雅山脉的古高程定量重建难度大，鲜有结果发表，导致喜马拉雅山脉隆升的起止时间和构造运动过程仍存争议。

    本研究基于国际大洋钻探计划(ODP) 121航次在孟加拉湾南部钻取的758站位岩芯为研究材料，研究人员利用Stoke离心法提取了粘土粒级的陆源沉积物，通过稀土元素和Pb同位素地球化学分析方法，应用蒙特卡洛方法定量重建约束了24个百万年以来的物质来源演化历史，限定了喜马拉雅山脉隆升的起止时间以及可能的构造运动过程。本研究证明了应用蒙特卡洛模拟法定量约束长时间尺度沉积物来源的可靠性，这对于未来边缘海岩芯沉积物来源的定量示踪工作具有启示意义。

    沉积物来源示踪结果显示，约23百万年前，喜马拉雅风化剥蚀的陆源碎屑物质开始进入孟加拉湾，恒河、雅鲁藏布江和伊洛瓦底江依次成为孟加拉湾沉积物的主要物源，喜马拉雅山脉的隆升可能是主要驱动因素。同时，鉴于三条河流分别发源或流经喜马拉雅山脉的西部、中东部以及东缘，研究人员推断喜马拉雅山脉在中新世期间可能发生了由西向东的渐进式变形，最终导致西部河流沉积物入海时间早于东部。这项发现得到了喜马拉雅锆石裂变径迹和云母Ar-Ar数据支持。

    基于上述结论，研究团队认为在约37百万年前，印度和亚欧板块已经发生碰撞，古青藏地区的古海拔高度达到了最高约5千米，而此时喜马拉雅河流的陆源物质尚未进入孟加拉湾；在约23百万年前，板块构造运动加剧，随之引发喜马拉雅山脉的快速隆升促使了喜马拉雅河流开始发育，导致发源于山脉西侧的恒河的陆源物质首先进入孟加拉湾；在23至12百万年期间，喜马拉雅山脉的构造活动向东逐步发育，导致雅鲁藏布江和伊洛瓦底江的沉积物进入孟加拉湾，并最终在晚中新世阶段形成了与现代相似的南亚流域和喜马拉雅山脉地貌。

    论文第一作者为中国科学院海洋研究所特别研究助理宋泽华，通讯作者为海洋研究所万世明研究员。本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发项目等项目的支持。

    论文信息：

    Zehua Song, Shiming Wan*, Zhaojie Yu, Mingyang Yu, Christophe Colin, Yi Tang, Jin Zhang, Hualong Jin, Debo Zhao, Xuefa Shi, Anchun Li. (2024). The major uplift in Himalayas was no earlier than the Miocene: Evidence from marine sediment record in the Bay of Bengal. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 648: 112275.

    原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031018224002645

  • 原文来源：https://qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202405/t20240531_7177074.html
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    • 近日，国际综合性期刊Science Bulletin在线发表了中国科学院海洋研究所、法国巴黎萨克雷大学、法国岩石与地球化学国家研究中心、自然资源部第一海洋研究所等单位合作的最新研究成果“Enhanced weathering input from South Asia to the Indian Ocean since the late Eocene”。研究团队基于印度洋北部浮游有孔虫钕同位素沉积记录，首次提供了晚始新世以来南亚风化长期增强的关键证据，揭示了喜马拉雅构造隆升及硅酸盐风化增强在新生代全球变冷中的重要驱动作用。 新生代地球气候经历了剧烈的变化：以整体变冷和南北两极相继发育大冰盖为基本特征，而大气CO2浓度的逐渐降低被认为是新生代长期变冷趋势的关键因素。但是，其降低的原因是由于构造活动引起的地球内部排气作用所主导，还是青藏高原隆升-风化/有机碳埋藏所驱动，迄今仍然充满争论。这些假说很大程度上基于数值模拟研究，缺乏可靠量化的新生代风化剥蚀记录，尤其缺少强烈影响全球风化通量平衡的喜马拉雅-青藏高原地区的长期风化记录。因此，建立新生代喜马拉雅长时间序列风化通量演变，揭示其与构造-气候变化的联系，是回答新生代气候变冷问题的关键。 恒河–雅鲁藏布江作为全球沉积物输送量最大的河流系统，新生代向孟加拉湾直接输送了来自喜马拉雅和青藏高原东南部的巨量陆源剥蚀物质。因此，研究人员聚焦于拥有独特地理位置的孟加拉湾，利用国际大洋钻探计划(ODP)758站岩芯中的浮游有孔虫放射性Nd同位素记录重建了晚始新世以来印度洋北部海水Nd同位素的长期演变，并将其与印度洋中部海水钕同位素记录进行对比而剔除印度洋水团影响，其二者差值(ΔεNd)的变化趋势被用以指示来自南亚的大陆风化输入对印度洋的贡献。 浮游有孔虫因其碳酸盐壳上的自生铁锰覆层可以吸附海水中的溶解态Nd，其εNd值代表了该区域底层海水的钕同位素组成。众多研究表明大陆边缘的溶解态Nd同位素特征与大陆剥蚀过程密切相关。孟加拉湾海水εNd值分布呈现出明显的南北梯度，这是由于来自喜马拉雅大河流域（如恒河–雅鲁藏布江河流系统）的陆源输入(εNd: -16至-10)与来自南大洋的水团输入(εNd: -9至-7)具有截然不同的Nd同位素特征所造成，表明了印度洋深层水团与南亚大陆风化输入的二端元混合。 基于此，研究人员提出了一个新的风化指标：ΔεNd（印度洋北部与中部海水εNd差值），利用二者εNd值的差异来指示喜马拉雅陆源Nd输入的相对贡献。第四纪记录表明，间冰期期间南亚季风降水的增多导致喜马拉雅区域更强的风化剥蚀，最终向孟加拉湾释放了更多的陆源Nd输入。因此，冰期-间冰期尺度ΔεNd指标的应用可以为构造时间尺度风化输入的解释提供潜在方法。 ODP 758站有孔虫εNd值呈现长期变负的趋势，且其与同岩芯碎屑组分εNd值和粘土矿物比值蒙脱石/(伊利石+绿泥石)显示出截然不同的长期变化，但在21 Ma、8 Ma、6 Ma和3 Ma显示出与陆源通量相同的增长趋势，这表明758站有孔虫Nd同位素组成不受沉积物物源和风化程度变化的影响，而主要反映了南亚陆源风化的长期输入演变。 研究人员将新指标ΔεNd应用在构造时间尺度上，利用ODP 758站有孔虫重建的晚始新世以来印度洋北部海水Nd同位素组成与铁锰结壳重建的印度洋中部海水Nd同位素记录进行对比，二者差值(ΔεNd)的变化趋势可指示来自南亚的大陆风化输入对印度洋的贡献。结果显示ΔεNd呈现长期增长的趋势，显示了晚新生代南亚风化的长期增强。其中，25-13 Ma和5-0 Ma南亚风化输入的快速增强时期分别对应了晚渐新世-中新世喜马拉雅造山带的快速隆起期和早上新世青藏高原东南部增长与北半球冰盖形成时期，这表明了南亚区域构造与风化的耦合演化。现代观测表明，喜马拉雅源-汇系统主要的河流流域硅酸盐风化每年共消耗~1.6×1012 mol的CO2，约占全球河流硅酸盐风化通量的30%。对比发现，在南亚大陆风化增强期间，大气CO2浓度也显示出整体下降的趋势；与此同时，ΔεNd长期增强与全球海水Li和Sr同位素指示的大陆风化趋势相似。这些证据均暗示喜马拉雅构造隆升引起的硅酸盐风化增强对于晚新生代全球变冷有着重要驱动作用。 本研究是迄今北印度洋地区最长且连续的有孔虫Nd同位素记录，对于理解喜马拉雅构造隆升、风化和新生代气候演化具有重要科学意义。 论文的第一作者为中国科学院海洋研究所博士后宋泽华，通讯作者为海洋所万世明研究员和巴黎萨克雷大学Christophe Colin教授。本研究得到了中国大洋发现计划（IODP-China）、国家自然科学基金、国家重点研发计划、泰山和鳌山学者项目等的支持。 论文信息：Song, Z., Wan, S.*, Colin, C.*, France-Lanord, C., Yu, Z., Dapoigny, A., Jin, H., Li, M., Zhang, J., Zhao, D., Shi, X., Li, A., 2023. Enhanced weathering input from South Asia to the Indian Ocean since the late Eocene. Science Bulletin 68, DOI: 10.1016/j.scib.2023.01.015. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927323000312
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  • 《中国科学院海洋研究所揭示南亚河流形成演化历史及其与喜马拉雅构造隆升联系》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
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    • 国际地学刊物《全球和行星变化》(Global and Planetary Change, Top 5%)近日在线发表了中国科学院海洋研究所万世明研究组与法国巴黎萨克雷大学、自然资源部第一海洋研究所等单位合作的最新研究成果“Paleoenvironmental evolution of South Asia and its link to Himalayan uplift and climatic change since the late Eocene”。研究人员通过孟加拉湾的沉积记录揭示了晚始新世以来南亚河流（雅鲁藏布江和伊洛瓦底江等）的形成演化历史及其与喜马拉雅构造隆升的联系。 新生代亚洲构造形变如何影响大河形成和演化是地球科学的前沿科学问题,厘清二者之间联系的关键在于对各自的年龄及地质演变有精确的限定。自印度-欧亚大陆在距今约5000万年前发生碰撞后，喜马拉雅-青藏高原随后的阶段性隆升被认为对亚洲河流系统的形成和发展具有深远的影响，但是其演化历史并不清楚，尤其缺少可延伸至中新世之前的连续记录，而这被认为是喜马拉雅-青藏高原隆升的关键时期。相比陆地，大陆边缘的海相记录更为稳定连续，且有良好的地层约束。孟加拉扇作为世界上最大的深海沉积扇，新生代以来接受了巨量来自周边大陆包括喜马拉雅和印度次大陆的陆源剥蚀物质，因此，孟加拉扇沉积记录是揭示喜马拉雅地区“构造-河流-沉积”耦合演化的极佳载体。 研究人员利用大洋钻探计划（ODP）121航次在东经九十度海岭北端钻取的758站位岩芯沉积物，基于极好的钙质超微化石和硅藻生物地层年代约束，通过粘土矿物学以及Sr-Nd同位素地球化学方法，研究了晚始新世约3700万年前以来孟加拉湾南部沉积物物源演化，揭示了南亚河流系统的形成演化历史及其与喜马拉雅隆升和新生代气候变冷之间的联系。 物源示踪结果显示，自晚始新世以来，研究区沉积物在3700-2200万年前期间主要由印度半岛片麻岩和缅甸地区滇缅马苏地块岩石风化产物的混合物源贡献；自约2200万年前开始，来自喜马拉雅地区风化剥蚀的陆源碎屑物质逐渐成为物源主导，相应来自印度半岛和滇缅地区的陆源贡献逐渐降低；最终在800万年前至今，伊洛瓦底江和雅鲁藏布江(或布拉马普特拉河)成为研究站位沉积物最主要且稳定的物源供给，同时研究区陆源通量开始近2-8倍的急剧增加。 综合对比研究南亚区域的构造和气候演化，研究人员认为发生于中新世早期（约2200万年前）和中新世晚期（约800万年前）的喜马拉雅造山带的两期隆升是南亚河流发育和孟加拉湾南部沉积物物源变化的主要控制因素。晚中新世以后的全球变冷和南亚的气候变干可能加剧了喜马拉雅地区硅酸盐矿物的物理侵蚀作用，在此期间向孟加拉湾贡献了相对更多的伊利石和绿泥石。结合沉积物源转换、板块构造演化历史以及喜马拉雅-青藏高原隆升运动等事件表明，伊洛瓦底江和雅鲁藏布江-布拉马普特拉河可能起源于早中新世（约2200万年前），并在晚中新世（约800万年前）最终形成，自此成为类似现代流域规模的南亚河流系统。 本研究是迄今有关南亚地区古环境演化最长且连续的陆源沉积记录，对于理解喜马拉雅构造和河流系统长期演化及其成因联系具有重要科学意义。 中国科学院海洋研究所宋泽华博士研究生为文章第一作者，中国科学院海洋研究所万世明研究员、法国巴黎萨克雷大学Christophe Colin教授为文章通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略先导科技专项、泰山和鳌山学者项目以及国家公派留学基金支持。 论文出处及链接： Song, Z., Wan, S*., Colin, C*., Yu, Z., Révillon, S., Jin, H., Zhang J., Zhao, D., Shi, X., Li, A. Paleoenvironmental evolution of South Asia and its link to Himalayan uplift and climatic change since the late Eocene. Global and Planetary Change, 2021, doi: 10.1016/j.gloplacha.2021.103459. 原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818121000448
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