地球系統科學的研究范例
——青藏高原隆升的地貌、環境、氣候效應*

孫繼敏

(中國科學院地質與地球物理研究所，北京100029)

縱觀地球上的造山帶，青藏高原以其最復雜的形成機制、最高的海拔、最大的面積、最重要的環境效應、最脆弱的生態環境成為全球地學關注的焦點，也是開展地球系統科學研究的最理想的實驗室。新生代以來印度板塊的北向俯沖，導致了新特地斯洋的消亡以及印度板塊與歐亞板塊的碰撞，這一巖石圈的構造變動，進一步影響了北半球乃至全球尺度的大氣環流，高原淺表層的剝蝕風化、地貌分異、水系調整、動植物演替，也影響到礦產資源的形成演化。因此，從這一意義上講，青藏高原是開展新生代巖石圈－水圈－大氣圈－生物圈各圈層相互作用的關鍵地區，也因此成為研究地球系統科學的典型范例。

新生代印度板塊與歐亞板塊的碰撞不僅導致了深部巖石圈的構造變形和青藏高原的隆升，而且在深部巖石圈構造變形及高原隆升的過程之中，對淺表層圈的大氣圈、生物圈、水圈也產生了重要影響。早期的研究關注了青藏高原的隆起對大氣環流的影響，特別是數值模擬的工作認為高原隆升是亞洲緯向風系向季風風系轉變以及中緯度內陸干旱環境形成的原因。此后，也有觀點認為高原隆升通過風化剝蝕過程加強硅酸鹽化學而降低大氣CO2濃度，進而影響全球氣候，而氣候變化又可能通過剝蝕和地殼均衡反饋于高原隆升過程。這些早期的研究雖然也關注了巖石圈對大氣圈的影響，但基本處于假說階段。

進入到21世紀，地學研究需要從圈層耦合的地球系統科學角度重新審視青藏高原隆升及其對淺表層圈的影響這一重大科學問題。青藏高原深部巖石圈的構造變動對淺表層圈的影響與互饋是多方面的。高原隆升盡管會導致大氣環流的改變，但亞洲季風的起源及演化過程中，全球尺度的氣候變化，尤其是極地冰量的演化，也有不可忽視的作用。此外，高原隆升導致的剝蝕風化的加劇究竟在多大程度上影響了大氣CO2濃度的改變也是值得深入探索的問題，因為越來越多的證據表明高原隆升與大氣CO2濃度之間并非簡單的線性關系。對中亞腹地干旱歷史以及中國東西部氣候格局的分異時間和機制仍不清楚，我們尚不知道高原隆升與全球變化各自扮演什么角色?各自的貢獻有多大?從宏觀尺度而言，對青藏高原隆升的研究也不應僅僅限于高原本身，其遠程效應以及對亞洲宏觀地貌格局演化的影響同樣是深遠的。對中國而言，西高東低地貌格局的形成以及長江、黃河最終東流入海的時間同樣是尚存爭議的問題。此外，古氣候研究的終極目標之一就是解決古氣候變遷的動力學機制，在此方面數值模擬是該項研究的重要研究手段。通過設計更符合實際的高原分區域、分階段隆升方案，評估不同地質時期高原區域隆升對于亞洲季風－干旱環境的作用和影響機制，同時兼顧副特提斯海退縮的耦合效應及氣候系統內部的各項反饋機制，將對新生代青藏高原隆升對亞洲氣候環境演化的影響過程有更加全面、合理的認識。

1 國內外研究概況及發展趨勢

青藏高原隆升是新生代具全球意義的重大地質－環境事件之一，也是中國的傳統地學研究領域。1960－1980年代的科考在國際上產生重大影響，譬如中國是世界上最早開展古高度研究的國家。1964年西藏科學考察隊曾在希夏邦馬海拔5700～5900 m地帶的晚上新世砂巖中，發現了高山櫟的葉化石，據此徐仁教授等［1］認為，青藏高原在2～3 Ma間，海拔升高了約3000 m。當然，現在來看，當時的古高度估算由于沒有進行古氣候校正，因而會高估了隆升高度。近年來，歐美科學家對青藏高原古高度開展了較多研究。Harrison et al.［2］認為青藏高原整體部分在大約8 Ma前加速隆升了1000～2000 m，已經達到和超過現今的高度。但最近的研究又對高原的隆升歷史和高度提出了新的看法:Spicer et al.［3］認為高原在15 Ma 前已經達到現今的高度，并進一步認為這一高度在過去的15 Ma內保持不變;Rowley and Currie［4］的研究認為高原表面在35 Ma前已經達到了4000 m以上的高度。姑且不去評價這些新觀點的科學性有多高，但無疑對以往傳統意義上所認知的高原隆升歷史和隆升高度的看法形成相當大的沖擊。正是這些爭議的存在，迫使我們必須重新開展青藏高原古高度研究。值得一提的是，前幾年完成的中國科學院知識創新項目群“巖石圈過程對表層圈的影響”的實施為青藏高原古高度這一關鍵科學問題的突破帶來了曙光，如火山巖氣孔古氣壓、正構烷烴古高度計等正在高原上應用，并亟待有新的突破。

眾所周知，青藏高原隆升的遠程效應一直是國際上研究的熱點問題。雖然高原西南緣由于地處碰撞帶的前緣，其最早的隆升始于約50～55 Ma前［5］，但有關其它地區的隆升時間與抬升高度仍不清楚。對青藏高原北緣的構造變形與隆升歷史而言，同樣爭議頗大。張培震等［6］認為青藏高原東北緣在5～10 Ma前發生了準同期的構造變形。Li et al.［7］對甘肅隴中盆地晚中新世以來沉積進行了研究，提出青藏高原東北緣在3.6 Ma前快速隆升。Métivier et al.［8］認為柴達木盆地的沉積速率在上新世以來才快速增加。Zheng et al.［9］通過對西昆侖山前晚新生代磨拉石建造的研究，指出青藏高原東北緣自4.5 Ma前開始隆升。金小赤等［10］對西昆侖北坡的新生代沉積進行了研究指出從中新世后期開始的厚達2000～3000 m的磨拉石沉積，其粒度向上加大，顯示從中新世后期到早更新世隆升速率高而且是加速的。葛肖虹等［11］通過對青藏高原東北緣新生代沉積的研究指出，最晚一期也是最強烈的一期隆升發生在1 ～0.8 Ma。Fang et al.［12］通過對甘肅臨夏盆地晚新生代沉積的研究提出高原隆升導致的構造變形在大約6 Ma前傳遞到臨夏地區。Pares et al.［13］對青海貴德盆地新生代沉積的研究揭示出此地直至上新世才開始隆升。Sun et al.［14］通過對昆侖山前陸盆地生長地層的研究，認為5.3 Ma至早更新世是西昆侖發生地殼縮短與造山帶復活的重要時期。Sun et al.［15］通過對南天山庫車前陸盆地的生長地層研究揭示出6.5 Ma至早更新世是南天山發生地殼縮短與造山帶復活的重要時期。

從以上回顧不難看出，由于青藏高原地域十分遼闊，不同塊體距離板塊碰撞邊界的距離也不相同，因此不同地塊的隆升時間應當是穿時的［16］。正如 Tapponnier et al.［17］所論及的那樣，印度板塊向亞洲板塊的斜向俯沖必然導致高原不同塊體的隆升時間不盡相同，在空間上存在由南向北逐漸傳遞的過程，距離板塊碰撞邊界越遠則構造變形的時間越晚。Rowley and Garzione［18］也在已有的高原古高度資料基礎上，認為高原的隆升有西南向東北變晚(圖1)?？傊?，無論是高原本身不同塊體的隆升時間與方式，還是其遠程效應導致的高原北緣以及包括中亞造山帶在內的新生代構造變形歷史與期次的研究仍然亟待深入。在目前的研究階段，將時間標尺更加細化、建立更加可靠的反映高原隆升的手段、不同方法之間的交叉檢驗是當務之急。對于前陸盆地而言，過去常用的僅僅依靠沉積速率、沉積相的變化推斷高原隆升時間的方法，在現在看來存在很多問題。譬如:前陸盆地的構造變形復雜且多有逆沖斷裂發育，由此會導致沉積間斷的出現;此外，無論是沉積相、還是沉積速率本身既可以是氣候變化導致，也可以是構造運動導致，抑或二者兼而有之，由此使解釋出現多解性和不確定性。

圖1 依據青藏高原古高度估算推測的高原不同地塊的隆升時間［18］Fig.1 Diachronous tectonic uplift of different blocks on the Tibetan Plateau based on the paleoevelation estimation［18］

高原隆升對地貌演化和亞洲巨型水系調整也有重要影響，但前人對長江、黃河東流入海的時間爭議頗大。有人提出三個峽谷都是通過河流的溯源侵蝕和襲奪而形成的，瞿塘峽切開的時代最晚，三峽河段完全貫通的時限為 2.0 Ma［19］。Clark 等［20］提出長江上游水系便是經過一系列連續的河流襲奪，首先是三峽地區西支流的反向，爾后是嘉陵江、泯江、大渡河、雅礱江被接連襲奪東流，最后止于金沙江的襲奪，由南流改向東流，而且河流襲奪都是發生在青藏高原東南緣晚第三紀末強烈構造隆升之前或是同期。

近些年，隨著低溫熱年代學技術和物源示蹤技術的發展，科學家開展了地質體隆升、暴露和侵蝕速率的研究，這些成果為長江演化研究提供了新的思路。鄭月蓉和李勇等［21］利用多年年均輸沙量計算出長江三峽地區極短周期內剝蝕速率。他們認為，三峽地區在地質歷史上是一個準平原，經過長期的構造抬升及剝蝕下切，最終形成高低不平的峽谷地貌，利用高程差推斷出三峽地區初始剝蝕下切時間應早于32 Ma。

Richardson等［22］研究了四川盆地和三峽地區的低溫熱年代學，發現在40～45 Ma三峽地區有一次明顯的冷卻事件，認為是三峽被切穿的結果，這個時間與他們發現的四川盆地的大規模侵蝕作用開始的時間相吻合，所以推斷在始新世的早期，由于三峽的切穿 (起因于下游的溯源侵蝕)，導致了長江的貫通和四川盆地沉積物的外泄。但Zheng et al.［23－24］曾對此觀點提出了質疑，他們認為江漢盆地自晚白堊紀開始發育斷陷型盆地，在新生代早期沉積了數千米的蒸發巖。如果三峽被切穿，四川盆地被強烈侵蝕 (按照Richardson的估計［22］，始新世以來有數km的沉積物被侵蝕)，這些沉積物首先會被輸送到江漢盆地形成碎屑沉積。但是，江漢盆地新生代早期的蒸發巖沉積表明當時盆地屬于內陸型咸化盆地，不應該存在大型貫穿型河流，尤其不存在攜帶大量沉積物的大型河流。因此，大型水系演化與高原隆升的關系仍需進一步開展研究。

以青藏高原為主體的我國西部新生代的剝蝕風化強度和過程，不僅與全球變化和亞洲季風氣候演化密切相關，同時，又對全球氣候產生重要的影響，而后者反過來又作用于亞洲季風。青藏高原的隆升可能是其中多個鏈接的終極驅動力。

以喜馬拉雅－青藏高原為核心的新生代造山帶的剝蝕風化消耗的CO2被用來解釋晚新生代以來全球變冷和海洋Sr同位素組成的持續增加［25－26］。但近來的研究發現，青藏高原風化似乎并沒有像人們想象的那樣大量消耗CO2，構造活動并沒有明顯加速巖石化學風化。因此，青藏高原化學風化或高原整體地質過程的CO2源/匯機制是個需要重新認識的重要科學問題，若能建立有關“高原隆升－大陸風化－全球變化”新的理論模型，在科學上具有非常重要的意義。此外，青藏高原隆升加快了剝蝕作用的進行，也會進一步加強了有機質的埋藏。如Galy et al.［27］計算表明，孟加拉扇源自喜馬拉雅流域，隨河流帶入海洋的有機碳通量可占全球有機碳埋藏總量的10%～20%，對降低大氣CO2濃度有重要貢獻。

從高原和周邊盆地的沉積記錄以及南海和孟加拉灣的深海沉積記錄來看，中新世以來隨青藏高原的隆升亞洲季風不是增強，反而是隨全球變冷而減弱的，大陸和青藏高原的風化強度變化似乎也與全球溫度和季風變化減弱的趨勢同步［28］。這與海洋Sr、Os和 Li同位素記錄［29－30］所反映的趨勢正好相反，從而對地球系統地質時期碳循環模型和青藏高原隆升－全球降溫假說提出根本性挑戰。

青藏高原的隆升對大氣環流的影響已是不爭的事實。我們知道，中國現今的氣候格局表現為東部為季風區、西北內陸盆地為西風環流控制下的干旱區，這種東、西部分異的環境格局究竟是何時形成?究竟是與高原隆升有關，還是受全球尺度的氣候變冷有關?均是懸而未決的問題。

長期以來，我國學者在該方面做了一些工作，譬如，周廷儒［31－32］根據生物和沉積證據，認為第三紀晚期我國就以季風氣候為主。張林源［33－34］把新生代劃分為早第三紀的基本無季風階段、晚第三紀的古季風階段和第四紀現代季風階段。劉東生等［35］根據我國第三紀具有環境指示意義的沉積物和動植物分布，繪制了古新世、始新世、漸新世、中新世、晚中新世－上新世和上新世6個時段的古環境圖，揭示出我國東南季風的形成始于中新世初期。Sun and Wang［36］也從空間上匯總了中國大陸125個地點的古植物和沉積資料，揭示出東亞季風系統的建立可能發生在晚漸新世時期。最近的研究則進一步揭示出早－中漸新世的干旱帶依然呈大致東西的帶狀分布，環境格局仍屬于“行星風系主控型”。晚漸新世的數據在數量上偏少，不足以清晰地定義不同環境單元的確切界限，但更多地顯示了帶狀格局的特點［37］。Sun et al.［38］對新疆的準噶爾盆地開展了第三紀沉積的綜合研究，在系統的磁性地層學和生物地層學基礎上建立了晚漸新世以來的時間序列;在沉積學、微量元素地球化學、同位素地球化學研究基礎上，論證了準噶爾盆地最早的風成沉積起始于2400萬a前，同時認為該地風成沉積的物源區為中亞哈薩克斯坦境內的干旱區，由西風氣流攜帶而來，這不同于由北西向冬季風攜帶而來沉積在黃土高原的第三紀紅粘土。他們進一步指出，類似中國現今東部為季風區、西北內陸盆地為西風氣候控制區的氣候格局至少在距今2400萬a前的晚漸新世既已形成。也由此將早第三紀行星風系向季風風系轉變的時間至少上推到2400萬a前。

上述研究在探討中國東、西部環境空間格局的分異時，基本上都是在空間尺度上通過對有明確的、環境指示意義的沉積譬如:膏鹽、油頁巖、煤層、植物化石等進行匯總，進而得出空間尺度的環境格局。無疑，這是一種非常重要的古環境研究手段。但也存在一些不足。中國早期的第三紀研究工作，受研究手段的限制，對精細年代學的重視不夠，這也因此影響到鹽類沉積、油頁巖、煤層等第三紀沉積的年代學的精確程度，此其一;其二，以往對西北內陸盆地的新生代沉積的研究，多從勘探、找礦等實用角度入手，尚缺乏對重點剖面的高分辨率古環境重建。

事實上，我們不僅要了解中國東、西部環境分異時何時形成的?更要關注究竟是什么樣的因素促使了中國西北干旱、東部濕潤的氣候格局的形成?現今，對亞洲季風和內陸干旱環境的形成存在不同觀點。氣候模式研究傾向于青藏高原隆升是亞洲季風和內陸干旱形成的主要原因［39－42］。也有學者認為副特體斯海在漸新世晚期到中新世期間逐步關閉，加強季風環流和亞洲內陸的干旱程度［43］。最近的氣候模式研究則青藏高原的隆升和副特體斯海共同影響了東亞季風的形成，且副特體斯海的作用甚至比青藏高原的隆升更為顯著［44］?？偨Y對東亞季風氣候形成的動力機制方面的研究，我們不難看出，上述觀點主要側重構造作用對中國東、西部環境分異的影響。事實上，除了構造因素，新生代的全球氣候變冷同樣會影響到環境空間格局的改變。新生代氣候變冷必然會導致全球海平面的下降、海陸對比度的改變，即便沒有構造作用導致的新特地斯海的逐步關閉，海面下降也會促使副特地斯海向西退卻。此外，北極的變冷、海冰和冰蓋的最終出現，必然對北半球高緯度冷高壓的形成和爆發以及大氣環流產生重要影響。因此，要真正了解中國東、西部環境分異及其與高原隆升和全球變化的關系，必須更全面解剖西風區與季風區的高分辨率氣候記錄。

如何從數值模擬角度開展青藏高原對全球氣候變化的影響程度?是否有反饋效應的存在?不同區域是否存在差異?這些問題一直以來得到了古氣候學者們的廣泛關注。從基于數理模型的計算到基于地質記錄的猜測，大量的研究工作聚焦于此。目前人們對青藏高原生長氣候效應的認識主要始于20世紀70年代。得益于基于大氣動力學方程的環流模式的出現。人們利用氣候模式對大地形對氣候的影響進行了大量的理論研究［45－46］。Manabe 等［46］利用大氣環流模式對“有山”“無山”條件下氣候系統的響應狀況進行了模擬，首次揭示了高原大地形的存在對于維持北半球定常行星波和西伯利亞高壓系統以及南亞季風的建立所起的重要作用。

此后，Kutzbach和Ruddiman等［47］真正將理論研究同構造學高原生長的概念相聯系，應用更加復雜的大氣環流模式分在“有山” “無山” “半山”情景下模擬了全球氣候狀況的改變，揭示了青藏高原和北美西部高地的隆起對全球氣候變化的重要性，且不同地區響應差異明顯。高原在冬夏季分別扮演了冷熱源的角色，從而加劇了盛行風向的季節轉換，對亞洲冬夏季風同時有顯著的增強作用［40］。在內陸，由于高原對來自熱帶印度洋水汽的阻隔，和地形強迫引起的強下沉氣流使這些地區的干旱狀況顯著惡化［48－49］。

隨著計算條件的改善，更多復雜的試驗設計被采用，最具代表性的是高原現代高度等間距遞增試驗。經過10%遞增試驗的檢驗，青藏高原的氣候效應存在突變變化，且區域性差異明顯［42］。較之南亞季風，東亞季風對高原生長的響應更加敏感，東亞季風風向的季節性轉換更加顯著，只有在高原高度約為現代一半的條件下，東亞冬季風才逐漸建立起來［42］。而后，Kitoh［50］利用耦合海氣模式擴展了遞增試驗，從而進一步揭示了海溫變化對季風響應的反饋作用，結果表明考慮海溫可以放大亞洲季風系統對高原生長的響應。

在過去40年中，青藏高原的動力和熱力作用似乎已經得到人們的廣泛認可，然而最近，青藏高原通過其熱力效應作用于亞洲季風這一結論卻受到一定的質疑。Boos等［51］在Nature上撰文指出，當喜馬拉雅山存在時，青藏高原大地形對南亞季風的影響不明顯，即喜馬拉雅山的動力阻隔了高原對南亞季風的可能作用［51］。這一研究極大的沖擊了高原氣候效應的傳統觀點，但隨后有研究反對這個觀點，并進一步強調高原的熱力效應對于季風變化是十分重要的［52］。這些發現揭示了青藏高原不同區域的生長可能對氣候系統存在不同的影響。事實上，高原生長也不是一個簡單的過程，越來越多的證據顯示高原的中部南部和北部是分區域分階段隆升的［53－55］，這也要求我們必須同地質歷史中青藏高原的實際隆升過程相聯系，設計更加符合事實的隆升方案才更有實際科學意義，更有助于我們理解青藏高原的氣候環境效應。已有研究表明，高原不同地區地形的垂直上升、水平擴張和生長以及主要隆升事件出現的時間都存在差異，因而對高原周邊不同地區會帶來的氣候環境效應也是不一樣的［56－57］。

此外，高原隆升的氣候環境效應研究過去多集中在其動力和熱力影響上。實際上高原隆升過程中存在一系列氣候反饋機制可能進一步增強了高原隆升的作用。例如，隨著高原隆升和地表氣溫降低，在青藏高原山區發育過多期冰川作用。因此，高原冰雪反饋可能進一步增強隆升中高原熱力作用的影響［58］。同時，高原隆升加劇了高原西側和高原北側的內陸干旱化，從而影響亞洲粉塵排放，大氣粉塵循環通過改變大氣輻射平衡、云物理結構、大氣化學過程以及生物地球化學循環進一步影響氣候［59］。亞洲粉塵及其攜帶的鐵元素甚至能夠通過大氣環流輸送進入海洋，增加浮游生物產率，吸收大氣中CO2，從而通過影響全球生物地球化學循環過程導致全球氣候變冷［60］。此外，高原隆升會導致陸地硅酸鹽巖在造山帶和高原地區化學風化加強，加上山體剝蝕和有機碳的埋藏，從而消耗大氣中的CO2并使氣候變冷［26］。一旦氣候變冷，又會導致降水和植被覆蓋減少，這樣反過來又減弱了硅酸鹽的風化，所以也減緩了大氣中CO2含量的減少，故使氣候變冷又得到了抑制。正是由于氣候系統中大量存在的正、負反饋過程，使高原隆升與氣候變化之間的關系變得異常復雜。

因此，在另外氣候模擬上，必須設計更加符合實際的高原分區域分階段隆升方案，評估不同地質歷史時期高原不同區域隆升對于亞洲季風－干旱環境的不同作用和影響機制，同時兼顧副特提斯海退縮的耦合效應及氣候系統內部的各項反饋機制，最終實現對新生代青藏高原隆升對亞洲氣候環境演化的影響過程有更加全面合理的認識。

2 當前青藏高原隆升的地貌、環境、氣候效應的熱點問題

1)青藏高原何時達到其隆升的最大高度?如何開展不同區域的古高度重建?

眾所周知，青藏高原的隆升高度是評價其環境效應及其剝蝕風化的關鍵，同時，古高度也是對板塊碰撞過程的表征和計量，更是聯系深部巖石圈地球動力學與淺表層演化的紐帶，只有準確重建古高度才能正確評價高原隆升與擴展過程對區域與全球氣候的影響。然而，截止目前，科學界并沒有解決青藏高原具體高度的變化，已有的研究多是依據同位素高度效應［61－62］，基于現代自然背景的簡單外推，相對于復雜的地質過程而言，這些研究缺乏說服力，導致高原何時達到最大高度以及不同區域隆升高度的爭論。以西藏中部的倫坡拉盆地為例，此前，Rowley＆Currie［4］利用土壤和湖泊碳酸鹽同位素高度計的結果，認為在始新世末期 (35Ma)高原就已經達到現今高度的看法。但我們最近對倫坡拉盆地的新生代沉積開展了磁性地層學、火山灰年代學、孢粉學研究［63］，提出了新的看法。首先，我們確定了倫坡拉盆地的丁青組至少含有漸新世地層，而并非Rowley和 Currie認為的中新世－上新世地層［4］。孢粉組合揭示的植被類型以森林植被為主，既有亞熱帶常綠闊葉林，也有溫帶落葉闊葉林，還有山地暗針葉林，說明當時已經有了山地植被垂直帶的分異。在此基礎上，利用Mosbrugger＆Utescher［64］在1997年提出的共存分析法 (The Coexistence Approach)，依據化石植物群中各類群的現存最近高原親緣類群對高度的耐受范圍，獲得對高度的共存區間，用該區間作為對高度的初步估測。在此基礎上，考慮到地質時期的下墊面狀況與現今的不同，特別是板塊位置、海表溫度、大氣溫度、氣溫垂直梯度的不同，利用國外模擬的溫度和氣溫梯度的差異對共存高度進行校正，提出高原中部倫坡拉地區在晚漸新世－早中新世的古高度不超過3200 m，比Rowley和 Currie［4］在同一地點利用土壤和湖泊碳酸鹽氧同位素估算的高度至少低1500～2000 m的古高度。所以，我們的證據不支持Rowley認為的在始新世末期 (35Ma)高原就已經達到現今高度的看法。同時，我們對當前西方比較流行的自生碳酸鹽氧同位素古高度方法提出了質疑:① 氧同位素高度計的基礎是瑞利模型，但Hou et al.［65］在喜馬拉雅的實測結果表明 Rowley利用的瑞利模型并不適合高海拔地區，其模擬結果高估了山體高度;②同位素分餾模型是基于單一水汽來源，然而，無論是過去還是現在，倫坡拉盆地不存在單一水汽來源，近40年氣象資料表明夏季的倫坡拉盆地既有西南季風也有西風帶來的水汽;③碳酸鹽是一種在表生環境下并不穩定的礦物，極易發生次生轉化，成巖過程必定產生同位素的分餾;④無論是土壤或是湖泊碳酸鹽，其氧同位素并不能直接代表大氣降水氧同位素，其間存在復雜的分餾系數;⑤現在的地球溫度比第三紀時期低很多，海表溫度的差異必定導致分餾模型的差異，換句話說，不能將現今的同位素分餾模型直接用于地質時期的古高度估算。也就是說，盡管現在針對青藏高原的古高度已經有不同的重建方法和相應的結果 (圖2)，但必須承認我們要走的路還很遠。

圖2 青藏高原不同作者的高原古高度重建結果 (來自 Sun et al.［63］)Fig.2 Results of paleoelevation estimations of the Tibetan Plateau among different authors［63］

2)印度與亞洲板塊碰撞的遠程效應如何?

印度與亞洲板塊的碰撞不僅使靠近板塊碰撞邊界的喜馬拉雅山系劇烈抬升為全球海拔最高的造山帶，同樣導致了其周緣造山帶的復活，特別是高原東北緣在新生代的快速隆升。關鍵的問題是:高原隆升的遠程效應何時傳遞到高原的東北緣?特別是研究程度相對薄弱的東昆侖、天山、祁連山、六盤山等山脈的構造隆升時間與期次?新生代不同時期阿爾金斷裂的走滑速率有無變化?

3)高原隆升對亞洲宏觀地貌格局與水系演化有何重要影響?

中國大陸的地貌格局在高原隆升前后有重大差異，高原隆升前，中國大陸繼承了白堊紀的基本地貌和氣候格局，中國大陸的地形在總體上呈現向西傾斜。但伴隨著印度和亞洲板塊發生陸－陸碰撞以來，中國大陸原來西傾的地形逐漸演變為向東傾斜，而源自青藏高原的長江、黃河的形成與演化歷史是探討這一巨型地貌演變的關鍵。

4)新生代青藏高原的隆升和擴展如何影響物質的剝蝕、風化作用?

新生代青藏高原的隆升是地球上最為顯著的構造運動，隆起后的高原其淺表層經歷了剝蝕風化。因此，定量估算高原周邊新生代剝蝕量以及剝蝕速率的變化對于正確評價高原的隆升幅度與歷史是十分重要的。其次，加強的物理風化不僅影響到高原的剝蝕深度，而且新鮮巖石的暴露和破碎大大增加了碎屑巖的比表面積，也因此加速了化學風化作用的進行。而硅酸鹽的化學風化無疑會因消耗大氣CO2從而對氣候產生反饋作用［25－26］。關鍵的科學問題是:高原隆升如何導致剝蝕量與剝蝕速率的變化?風化剝蝕究竟在多大程度上影響了全球碳循環與氣候變冷?如何建立高原隆升－大陸風化剝蝕－全球變化的圈層耦合關系?

5)高原隆升如何影響亞洲腹地干旱化和季風演化?

我們知道，現今中國氣候格局的空間特征表現為:中國東部及西南地區為季風區，而西北內陸盆地則為西風氣候控制下的干旱區，這顯然不同于高原隆起前行星風系控制下的緯向環流。高原的隆升無疑改變了大氣環流，關鍵的科學問題是:高原隆升如何影響亞洲腹地干旱化?亞洲季風演化與高原隆升和全球變化存在怎樣的動力學關聯?

6)如何更有效地利用數值模擬開展高原隆升環境效應的研究?

青藏高原在不同隆升階段因其不同的高度必然對大氣環流的影響程度不一樣;此外，海陸分布格局、水汽通道、冰雪覆蓋等因素也會對氣候產生重要影響。而數值模擬是檢驗高原隆升環境效應的重要手段。關鍵的科學問題是:關鍵時段 (隆升前、中、后)高原古高度環境效應的GCM模擬;海－氣耦合模式模擬特地斯海退卻的環境效應;高原隆升對內陸干旱化和大氣粉塵輸送的數值模擬;如何評價高原隆升在全球氣候變化中的作用?

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