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新生代降温:氧同位素曲线往下走,青藏高原往上抬

在深海钻探的岩心里,一层灰白色软泥中的有孔虫壳,氧同位素值从底部的 -1‰ 一路爬到顶部的 +3.5‰。这条曲线是新生代降温最完整的记录,也是青藏高原隆升这幕大戏的背景板,每一段陡坎都对应一次冰盖扩张。

新生代的降温写在深海有孔虫的氧同位素里

底栖有孔虫的壳用碳酸钙建造,氧同位素比值随水温与冰量变化。水越冷,壳越富集氧 18;冰盖越大,海水越富集氧 18。两个因素方向相同,所以曲线一路上升,读起来像一条单向下坡的温度计,读曲线时要先把冰量扣掉。

6500 万年以来,这条曲线总体上升,中间有几次陡坎。陡坎对应冰盖扩张或深海变冷,斜率变化对应气候系统的转型。曲线不是匀速的,几次快变把新生代切成了几段,每段都有自己的边界。

南极冰盖在 3400 万年前后出现,北极晚得多

始新世与渐新世之交,氧同位素在几十万年内上升约 1‰,南极冰盖开始大规模发育。德雷克海峡与塔斯曼海道打开,南极环流形成,把南极隔离成冷区,这是冰盖能长期存在的地理前提。

北极永久冰盖要到 300 万年前后才稳定。此前北极有季节性海冰,没有覆盖整片北冰洋的冰盖。南北两极的冰盖不同步,说明降温不是均匀推进,而是被洋流与大陆位置一块块触发的。

青藏高原的隆升把亚洲季风推到今天的位置

印度板块与欧亚板块在 5500 万年前碰撞。此后高原不断向北扩展,高度在 4000 到 5000 米,面积约 250 万平方公里。碰撞不仅抬高了地面,也改变了整个亚洲的大气环流,碰撞带的地壳缩短量超过一千公里。

高原抬高改变了大气环流。夏季高原加热空气,吸引印度洋水汽北上,季风增强;冬季高原阻挡西风,把冷空气挡在北方。黄土高原的黄土从 800 万年前开始堆积,是季风与干旱共同作用的记录,季风强弱又反过来改变高原的侵蚀速率。

高原古高度不能直接测,只能从盆地沉积反推

古高度没有直接仪器可测。常用方法有三种:古土壤碳酸盐的碳氧同位素估算气温与高度,盆地沉积物的粒度与物源推断地形,古地磁与构造复原计算地壳缩短量。每种方法都带着自己的假设。

氧同位素受降水来源影响,粒度受河流改道影响。三者给出的高度常差 1000 米以上,误差范围往往比结论更值得看。本文判断:高原隆升的年代可以争,但隆升改变季风这个方向性结论,多条证据是一致的。

关键数据

新生代降温与高原隆升的关键数值如下。

  • 新生代从 66 百万年延续到现在。
  • 底栖有孔虫氧同位素从 -1‰ 升到 +3.5‰。
  • 南极冰盖出现约 34 百万年。
  • 印度与欧亚碰撞在 55 百万年前后。
  • 青藏高原面积约 250 万平方公里。
  • 高原高度 4000 到 5000 米。

氧同位素把冰量和温度混在同一个数里

氧同位素上升可以是水温降低,也可以是冰盖扩大。两者对海水氧同位素的影响方向相同,单看一个数值分不开。一条曲线读出两种故事,这是古气候里最常见的误读。

要分开,得用镁钙比值或团簇同位素另算温度,再把冰量扣掉。本文判断:新生代降温曲线的一半信息来自冰量,把它直接读成温度曲线,会高估降温幅度,也会错判几次陡坎的成因,这是古气候定量研究的老问题。

参考文献

  • Zachos J, Pagani M, Sloan L, et al. Trends, rhythms, and aberrations in global climate 65 Ma to present. Science, 2001.
  • Miller K G, et al. The Phanerozoic record of global sea-level change. Science, 2005.
  • An Z S, Kutzbach J E, Prell W L, Porter S C. Evolution of Asian monsoons and phased uplift of the Himalaya-Tibetan plateau. Nature, 2001.
  • 李吉均, 方小敏. 青藏高原隆起与环境变化. 科学通报, 1998.
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文章名称:新生代降温:氧同位素曲线往下走,青藏高原往上抬
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