东亚东倾地形格局的形成与季风系统演化历史寻踪——综合大洋钻探计划683号航次建议书简介

围绕IODP 683号建议书,介绍东亚东倾地形格局与季风系统演化历史的相关研究。新生代全球宏观环境格局发生了一系列重大变化,表现为岩石圈活动强烈,板块漂移导致海陆格局和地貌格局的变化,并引发洋流和大气环流的改组,最终导致全球气候的重大变化。新生代岩石圈运动和气候变化表现最为典型的地区是亚洲,其中最具标志性和全球意义的地质事件是喜马拉雅山和青藏高原的隆升及亚洲季风系统的形成与演化。青藏高原隆升最直接的结果是亚洲地区现代地貌格局的形成,大江大河的发育,并在很大程度上影响了亚洲季风系统的形成与演化。综合大洋钻探计划683号航次建议书,计划在长江中下游盆地和东海陆架盆地实施钻探,以获得长江历史演化和东亚季风演化的地质记录,并为研究青藏高原的演化提供新的证据。     

青藏高原隆升及其环境效应

“青藏高原形成演化及其环境资源效应”项目选择青藏高原为典型地区,特别注意高原与毗邻地区的联系,以从全球尺度探讨高原的各种过程,目标集中在大陆碰撞过程和高原隆升过程,以过程为主线贯通碰撞机制、环境变化和资源分布规律的研究;时间上着重新生代以来,在不同精细时间尺度上定量地描述碰撞和隆升的动态过程及环境变化。运用地球科学、生命科学、环境科学及各学科之间有机交叉、综合研究的方法,开展大陆碰撞动力学、环境变化、现代表生过程及各圈层相互作用等重大理论问题的研究,为青藏高原地区的资源开发和环境调控提供科学依据。按照统观全局、突出重点的原则,项目主要研究内容包括以下4个方面：大陆岩石圈碰撞过程及其成矿效应;高原隆升过程与东亚气候环境变化;青藏高原现代表生过程及相互作用机理;青藏高原区域系统相互作用的综合研究。在完成研究计划任务的基础上,项目取得如下的突出研究成果和创新性进展：印度大陆与欧亚大陆初始碰撞时限;青藏高原南北缘山盆岩石圈尺度的构造关系;青藏高原整合构造模型与成矿成藏评价;新生代高原北部重大的构造变形隆升事件序列;高原周边环境变化事件及高原隆升对亚洲季风发展变化的影响;高分辨率气候动态过程及变化趋势;高原主要生态系统碳过程对气候变化的响应;高原气候变化及冰冻圈变化与预测;高原土地覆被变化、恢复整治及管理。     

晚新生代亚洲干旱气候发展与全球变冷联系的风尘沉积证据

在干旱气候背景下常常有风尘物质的释放和传输,风尘沉积被认为是干旱环境变化良好的地质记录。在亚洲中部和中国北方,大面积的干旱区被沙漠戈壁覆盖,这些地区是粉尘物质的重要源地,释放的风尘物质影响局地和区域环境,并通过参与生物地球化学循环等影响更大空间尺度的气候变化。因此,亚洲中部干旱气候的形成和演化以及发展趋势一直受到重视。长期以来,关于晚新生代亚洲中部干旱气候发展的驱动机制至少有两种解释:一是青藏高原的隆升控制着亚洲中部的干旱化过程,随着高原的阶段性隆升亚洲干旱气候逐步增强;二是晚新生代全球变冷直接驱动着亚洲变干,全球变冷是主导因素。中国黄土高原及其周边地区堆积的黄土-红粘土序列是指示亚洲干旱化过程良好的地质记录,通过对新获得的风尘堆积记录的分析,发现在晚新生代中国风尘堆积的时空演化与全球变冷有较好的对应,全球变冷可以促使亚洲中部干旱气候发展并加强粉尘活动,而青藏高原隆升的幅度和时间还不清楚,进而认为是全球变冷而不是青藏高原隆升直接驱动亚洲内陆的阶段性变干。基于这些结果,我们认为以前关于青藏高原隆升影响全球气候的结论可能高估了青藏高原在地球环境演化中的作用,关于高原隆升直接驱动亚洲干旱化的结论还需要检验。     

青藏高原隆升与环境效应

通过对青藏高原北缘库木库里盆地新生代沉积建造、孢粉、阶地热年龄、沉积响应的调查研究，得出青藏高原新生代的渐新世、上新世和更新世一全新世形成的三套磨拉石建造代表青藏高原最强烈的三次隆升作用；自渐新世以来到上新世晚期高原隆升幅度达1500～2000m，更新世、全新世高原隆升了约2500m，46．4Ka．Bp至今高原隆升了约44m；青藏高原的隆升速率由渐新世开始有愈来愈强烈的趋势，预示青藏高原的隆升是一个多阶段、不等速和非均变的复杂过程；根据库木库里盆地沉积演化揭示青藏高原的隆升经历了早中渐新世早期隆升期、晚渐新世——早中新世早期稳定剥蚀夷平期、早中新世中晚期小幅隆升期、中中新世较稳定剥蚀夷平期、晚中新世振荡隆升期、上新世快速隆升期、更新世一全新世强烈隆升期共七个隆升阶段；并探讨了高原隆升引起的气候干燥、生物灭绝、荒漠化等多种环境效应。     

特约主编致读者(Ⅱ)

全球气候正在经历快速、显著的变化,对许多领域产生了重大影响。气候变化极其复杂,包含季节至千年等不同时间尺度,其变化及机理存在较大差异。深入认识不同时间尺度的气候变化动力学过程与机理,实现古今气候的结合,是理解和应对全球及区域气候变化的关键。因此,为了更好地了解古今气候变化研究前沿及进展,特组织了“古今气候变化”专辑,共收集了11篇相关学术论文,以飨读者。 1.古气候中的沙尘变化及其气候影响 刘永岗等（2022）利用气候模式,针对前寒武时期、盘古超大陆时期、末次冰盛期和全新世中期的沙尘变化及其气候影响开展模拟研究,发现沙尘变化及其气候影响在上述时期之间存在较大差异。 2.青藏高原隆升气候效应的数值模拟研究进展概述 孙辉和刘晓东（2022）对有关青藏高原隆升气候效应的数值模拟研究进行了回顾,指出新生代以来青藏高原在隆升、生长和北移过程中,其动力和热力作用对东亚季风形成、南亚季风演化、内陆干旱化发展以及亚洲季风-干旱环境格局变迁都有重要影响。 3.上新世热带海道变化影响东亚气候的模拟研究 上新世早—中期热带海道变化对东亚气候的影响机理仍不清楚。谭宁等（2022）模拟了印尼海道收缩和巴拿马海道关闭对东亚气候的影响,指出热带海道的关闭/收缩导致东亚北部夏季气温降低、南部升高,冬季东亚大陆升温、降水减少。 4.第四纪两类千年尺度气候振荡现象及机理研究 张晓和张旭（2022）基于目前对DO和HS-DO两类千年事件的研究现状,总结了已有的可反映千年事件的重建数据,利用以往模拟工作回顾了现有的机制理论,评述了目前研究DO和HS-DO事件的局限性。 5.季节性海冰驱动的冰期北大西洋“电容器”效应 张旭等（2022）模拟了氧同位素3阶段的一个典型DO事件过程,探讨了冰阶冷期北大西洋气候变率的放大机制,表明北大西洋季节性海冰的存在可以调控海洋次表层热量积累释放的过程,产生“电容器”效应,这对理解冰期年际年代际气候变率放大现象有启示意义。 6.全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究进展 孙炜毅等（2022）从数值模拟的角度,回顾了全新世亚洲季风百年千年尺度变化的模拟工作,并从外强迫和内部变率这两个角度对机制进行了探讨,有助于深入理解全新世亚洲季风演变及机理。 7.全新世中期中国气候和东亚季风：PMIP4模式结果 田芝平等（2022）分析了多模式模拟的全新世中期中国气候和东亚季风变化,指出：全新世中期中国年和冬春季偏冷,夏秋季偏暖;降水、蒸发和有效降水的年变化较小,季节上均表现为冬春季减少,夏秋季增加;东亚冬、夏季风加强。 8.亚洲高山区全新世中期气候及其影响下的冰川模拟 燕青（2022）模拟了全新世中期亚洲高山区的气候变化,分析了亚洲高山区冰川变化及其区域性,探讨了温度和降水变化对冰川的作用,研究有助于加深理解全新世中期亚洲高山区冰川的变化格局和驱动机制。 9.陆面过程与天气研究 陈海山等（2022）从陆面基本要素、下垫面构成、陆面诱发的局地环流3个方面,回顾了土壤湿度、地形、土地利用、山谷-平原环流等要素和过程对强对流、暴雨、台风、高温热浪等天气事件影响研究的相关进展。 10.前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常对中国东部春季极端降水频次的可能影响及预测价值 张梦琪等（2022）的研究表明：前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏多时,北大西洋易出现经向三极型海温异常,该信号持续到春季并通过激发欧亚遥相关波列调制中国东部的动力和水汽条件,为春季极端降水发生提供有利背景环流。 11.中国区域性暴雨事件未来变化：RegCM4动力降尺度集合预估 周波涛等（2022）采用追踪式的客观识别方法,对中国区域性暴雨进行了识别,并从发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度5个方面预估了其未来变化,为应对气候变化提供了依据。     

青藏高原和西北干旱区的气候变化史实(摘要)

青藏高原和西北干旱区气候形成的过程中,青藏高原的隆升起着极为重要的作用。不仅在高原隆升之前,东亚环流型与现今差异极大,青藏及西北地区气候同现代很不一样。而且在高原隆升的各个阶段,这些地区古气候亦有明显变异。其中高原隆升至三千米左右,即中更新世晚期,是高原气候和西北干旱气候形成的重要阶段。     

晚渐新世以来青藏高原北部东昆仑山构造隆升对亚洲内陆干旱化的潜在影响——基于现代地质观测证据

青藏高原的构造隆升—生长过程及其资源环境效应是地球系统科学研究中的一个重要命题。其中,新生代青藏高原构造隆升过程与亚洲内陆干旱化之间的联系是研究的一个热点和难点。本文基于青藏高原从那曲到格尔木沿109国道现代地理要素和景观变化的证据以及大量器测数据和模拟结果讨论了青藏高原具体区域对亚洲内陆干旱化形成演化的重要影响,结果指出东昆仑山对印度季风继续深入内陆具有明显的阻挡作用,是一个重要的水汽屏障。同时本文结合东昆仑山晚渐新世以来主要构造隆升事件与亚洲内陆干旱化关键时间点的高度契合,进一步指出东昆仑山晚渐新世以来的构造隆升对亚洲内陆或者至少柴达木盆地的干旱化事件具有重要的影响,但是~3.6 Ma之后,北半球冰期对内陆盆地的干旱化的影响更大。     

晚渐新世以来青藏高原北部东昆仑山构造隆升对亚洲内陆干旱化的潜在影响 ——基于现代地质观测证据

青藏高原的构造隆升—生长过程及其资源环境效应是地球系统科学研究中的一个重要命题。其中,新生代青藏高原构造隆升过程与亚洲内陆干旱化之间的联系是研究的一个热点和难点。本文基于青藏高原从那曲到格尔木沿109国道现代地理要素和景观变化的证据以及大量器测数据和模拟结果讨论了青藏高原具体区域对亚洲内陆干旱化形成演化的重要影响,结果指出东昆仑山对印度季风继续深入内陆具有明显的阻挡作用,是一个重要的水汽屏障。同时本文结合东昆仑山晚渐新世以来主要构造隆升事件与亚洲内陆干旱化关键时间点的高度契合,进一步指出东昆仑山晚渐新世以来的构造隆升对亚洲内陆或者至少柴达木盆地的干旱化事件具有重要的影响,但是～3.6 Ma之后,北半球冰期对内陆盆地的干旱化的影响更大。     

祁连山北缘晚新生代构造活动的低温热年代学证据

晚新生代祁连山开始隆升的时间是制约青藏高原隆升动力学以及高原隆升与气候变化之间相互关系的重要参数。本文通过磷灰石裂变径迹和（u—Th）／He低温热年代学方法研究,获得祁连山北缘开始隆升的时间为约95Ma,隆升的速率为（0.5±0.1）mm／a,晚新生代以来与祁连山北缘断裂相关的缩短速率为（1.4±0.2）mm／a。本文得到的祁连山隆升的时间与“下地壳流动模型”和“地幔对流剥离模型”预测的高原向东北方向扩展时间基本一致,也与中国大陆北方季风加强的时间基本一致。支持高原与约5～12Ma隆升并向周边扩展,引起西北季风加强的假说,但是不支持“陆陆斜向深俯冲消减模型”预测的祁连山南缘约11Ma隆升,北缘隆升时间晚于5Ma的预测。     

青海循化盆地新近纪磁性地层学

青藏高原东北部是研究高原隆升和东亚季风演化的重要地区.通过对青藏高原东北部循化盆地西沟剖面新近纪河湖相沉积的磁性地层学研究, 建立了西沟剖面约14.6~5.0 Ma沉积物的磁极性年代框架.沉积相的分析表明, 循化盆地在约14.6~5.0 Ma期间总体上处于充填萎缩阶段.西沟剖面巨厚层砾岩首次出现的时间约为7.3 Ma前, 应是青藏高原东北部快速隆升的沉积响应.这与青藏高原在约8.0 Ma前快速隆升的时间相近, 进一步说明约8.0 Ma前青藏高原的构造隆升具有准同时性.      

Evolution of the Pearl River and its Implication for East Asian Continental Landscape Reversion

As the link connecting the South China Continent and the northern South China Sea(SCS),the Pearl River is the focus of sedimentology and petroleum geology research.Its evolutionary process and controlling factors are of great significance in revealing the East Asian continental landscape reorganization during the Late Cenozoic.Based on published data,’source-to-sink’provenance analyses allow systematic deliberation on the birth and evolutionary history of the Pearl River.Close to the Oligocene/Miocene boundary,an abrupt shift in the sedimentary composition indicates significant westward and northward expansion of the river’s watershed area,followed by the establishment of a near-modern fluvial network.This sedimentary change generally concurred with a series of regional geological events,including the onset of the Yangtze throughflow,large-scale development of the loess plateau,and formation of the northwestern arid zone and Asian Monsoon system.These major changes in the geology-climate-ecoenvironment system are in close response to the process of the Cenozoic Xizang(Tibetan)Plateau uplift.Consequently,the East Asian continental landscape and most of midCenozoic drainage systems underwent critical reversion into east-tilting,or east-flowing networks.     

亚洲主要河流的沉积地球化学示踪研究进展

发源于喜马拉雅—青藏高原的亚洲几条大河的河流地球化学研究揭示了高原隆升、流域风化剥蚀、大气CO2消耗和亚洲季风气候变化之间的耦合关系。研究认为南亚主要河流流域的化学风化对全球大气CO2消耗和海洋化学通量变化贡献较大,河流沉积地球化学研究反映的高原阶段性隆升过程、流域剥蚀速率以及亚洲季风演化信息也明显比东亚主要河流的记录清晰;尤其是最近几年运用河流碎屑单矿物化学和年代学方法来示踪流域构造演化、沉积物从源到汇过程以及河流演化历史等,取得了许多重要的研究成果。比较而言,我国的河流在元素地球化学和水化学组成方面虽然开展了大量基础研究工作,但目前急需进一步提炼科学目标,与国际性的研究计划结合,综合多学科的研究力量,在研究思路和关键方法上需要突破和深入,加强研究的广度和深度。长江更可以作为一个突破口和研究平台,来开展深入的沉积地球化学示踪研究。     

Major changes in East Asian climate in the mid-Pliocene: Triggered by the uplift of the Tibetan Plateau or global cooling?

Since the mid-Pliocene, East Asian climates have experienced significant changes. One view suggests that significant uplift of the Tibetan Plateau during this period could have been responsible for these dramatic changes in the strength of the East Asian monsoon and for Asian interior aridification, while some other authors attribute these changes to the ongoing global cooling and rapid growth of the Arctic ice-sheet. Up to the present, which factor dominates the major changes of East Asian climate in the mid-Pliocene is still a contentious issue. This study presents an analysis of several climate proxies including grain-size, (CaO^* + Na₂O + MgO)/TiO₂ ratio, Na/Ka ratio and dust accumulation rates of the Xifeng Red Clay sequence in the eastern Chinese Loess Plateau and the Xihe Pliocene loess-soil sequence in West Qinling. They reveal that aridity in the continental interior and winter monsoon circulation both intensified, whereas the East Asian summer monsoon showed a weakening rather than intensifying trend since the mid-Pliocene. These changes are also supported by the other multi-proxy records from various regions in East Asia. Previous numerical modeling studies have demonstrated that uplift of the Tibetan Plateau would have simultaneously enhanced continental-scale summer and winter monsoon strength as well as central Asian aridity. The mid-Pliocene climate changes in East Asia are therefore unlikely to be a response to Plateau uplift. On the contrary, our recent modeling results give support to the view that ongoing cooling could have intensified both the aridity of the interior and the strength of the winter monsoon, but weakened the summer monsoon in East Asia.     

中亚地区中生代以来的地貌巨变与岩石圈动力学

中亚地区的地貌自中生代以来发生过两次巨变：一次是青藏高原的隆起,另一次是中生代中国东部高原及其西侧共存的中亚准平原的兴衰。青藏高原的隆起引起了全球气候和中亚环境的巨变。对此,自80年代以来开展的国际合作已经在地质学和地球物理学等研究领域取得了丰硕的成果。不过,在解释高原隆升-气候变化-剥蚀作用的相互关系方面仍存歧见。相比之下,中亚地区中生代的地貌巨变尚属新的研究课题。人们认识到,中亚地区在中侏罗世至新近纪曾存在一个准平原,而在中国东部则存在一个中生代高原。这一中生代地貌巨变引发出许多新的思考,如：为什么这一中生代准平原能保存长达150 Ma？中国东部高原是怎样形成的,又是怎样消失的？这两次地貌巨变及其相关的岩石圈动力学将是“TOPO?CENTRAL?ASIA”这一国际岩石圈计划项目的研究主题。     

青藏高原隆升与欧亚内陆及北非的干旱化

通过利用一个较为完善的大气环流模式(GCM)进行了一系列青藏高原不断隆升的数值模拟试验结果.共进行了11个改变地形高度的数值试验,即对欧亚大陆上现代大地形所在地区(约10～60°N,50～140°E)陆地上所有格点的地形高度分别取为现代地形高度值的100%,90%,80%,70%,…,10%,外加一个无地形试验MOO,共完成了11个试验.结合与干旱化有关的地质记录,探讨了高原隆起在欧亚内陆及北非干旱演化过程中的作用.结果表明,仅仅改变高原地区地形高度的数值试验结果与气候变化地质记录在趋势上有可比性,青藏高原隆升是中亚及北非地区在地质时间尺度上干旱化加剧的重要原因,但却不是上述干旱区形成的根本原因.     

Reorganization of the Asian Monsoon System at About 2. 6 Ma Ago and Its Implications for the Rising of the Tibetan Plateau

REORGANIZATION OF THE ASIAN MONSOON SYSTEM AT ABOUT 2.6 Ma AGO AND ITS IMPLICATIONS FOR THE RISING OF THE TIBETAN PLATEAUheChineseResearchFoundation(KZ 951 A1 2 0 4 )     

中国新近纪构造-地层区划及地层格架

新近纪是中国地貌地形和气候环境格局最终奠定的关键时期,如青藏高原强烈抬升和现代高原地貌最终成型、中国南海海盆扩张结束、东亚现今大型水系格局最终建立、中国西高东低的地势最终确立以及东亚季风系统开始形成并逐渐增强.通过对中国新近纪大地构造、沉积盆地(群)、火山岩、隆起带和大型变形构造等的综合研究,共厘定一级构造-地层单元(...     

青藏高原新生代隆升研究现状

新生代青藏高原的隆升过程倍受世界关注。国内外学者从不同角度围绕青藏高原成为统一整体(印度-欧亚碰撞)的时限、隆升阶段性和空间差异性、青藏高原作为高海拔高原形成的时间、青藏高原隆升的动力机制等重大事件进行了深入的研究。对印度板块-欧亚板块的碰撞时间存在70Ma、65Ma、55Ma、50Ma、45Ma和40～34Ma等多种观点。印度板块与欧亚板块碰撞不是在某个时间点完成的,其碰撞持续时间约10～15Ma。碰撞方式存在由西向东迁移、由东向西迁移等多种观点。青藏高原的隆升过程具有强烈的时空差异性。青藏高原新生代隆升阶段存在多种划分方案,流行的有3阶段、4阶段和5阶段强隆升过程。青藏高原作为高海拔高原形成的时间可归纳为约3.6Ma以来、13～8Ma、26～20Ma、40～35Ma和55～45Ma 5类观点。青藏高原的形成机制模型存在较大分歧,流行的模式可分为碰撞、俯冲、挤出和拆沉-板片断离4类。青藏高原多阶段隆升及构造-岩浆演化造就了高原复杂多样的大陆成矿作用。高原隆升与环境和气候演变具耦合关系。     

新生代晚期青藏高原强烈隆起及其对周边环境的影响

青藏高原主夷平面形成的上限年龄为3.6MaB.P.,临夏盆地新生代湖相沉积同时结束,青藏运动开始,分为A(3.6MaB.P.),B(2.6MaB.P.)和C(1.7MaB.P.)3幕,A幕现代亚洲季风形成,B幕黄土开始堆积,C幕黄河出现;昆黄运动(1.2～0.6MaB.P.)使黄河干流切入青藏高原,大面积山地进入冰冻圈,可能导致中更新世之气候转型;共和运动造成黄河切穿龙羊峡,青海湖孤立,高原达到现代高度.中国三大自然区是高原隆升驱动大气环流改变而导致的中国最高层次的景观分异.本文讨论了8MaB.P.的有限高度隆升及亚洲干旱化的问题,亚洲夏季风22MaB.P.已经开始,是高原隆升及其它因素共同作用的结果,为亚洲古季风阶段.3.6MaB.P.才是现代亚洲季风真正开始的时期,可能北半球进入冰期也与此有密切关系.