不断攀登探索世界屋脊奥秘

  青藏高原以其强烈的隆升、独特的自然环境、丰富的自然资源和对周边地区气候与环境的深刻影响,一直为科学家所瞩目。青藏高原的隆起是近数百万年来地球史上最重大的事件之一。它是研究岩石图形成演化、探讨地壳运动机制的理想区域。晚新生代以来环境演变剧烈,高原的隆起对其自身及毗邻地区自然环境的演化和分异有深刻的影响。作为独特的自然地域单元,其自然环境和生态系统在全球占有特殊席位,并且与全球环境变化息息相关,区域响应明显。

  50年代以来,中国科学院在青藏高原先后组织了多次科学考察。特别是从1973年开始,中国科学院青藏高原综合科学考察队以“青藏高原的隆起及其对自然环境和人类活动的影响”为主题,对整个高原进行了全面、系统的多学科综合考察研究。1973年至1992年为该考察工作的第一期,历时20年,先后完成对西藏自治区、横断山区、喀喇昆仑山与昆仑山区、可可西里山区等四个地区的考察研究。这一期工作以路线调查为主,以积累科学资料为主要任务,同时也开展一些理论探讨,并围绕当地资源开发与工农业发展问题进行研究。

  1992年“青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究”被列为国家攀登计划项目和中国科学院重大基础研究项目,从而使青藏高原的综合科学考察研究工作进人第二期。这一时期考察研究的主要任务是深入开展理论研究,同时也紧密结合生产,为区域社会经济发展服务。与第一期工作相比,考察研究力求实现四个方面的转变,即:1)从定性研究向定量研究转化和深人,如选点钻探连续取样,加强定量分析,取得准确、可靠的年代数据和环境资料与信息;2)从静态研究向动态研究转化和深入,如定点监测及遥感图象资料的应用,分析动态变化,加强长期定位试验观测,研究主要生态系统类型的动态过程;3)从单一学科研究向综合研究转化和深入,加强学科交叉与渗透,对若干专题以及岩圈间的关系进行综合论证研究;4)从区域研究拓宽到与全球环境变化相联系,从整体上研究高原的作用及其对全球变化的影响和响应。

  “青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究”项目由5个紧密联系的课题组成:1)青藏高原岩石圈结构、演化和地球动力学研究;2)青藏高原晚新生代以来环境变化的研究;3)青藏高原近代气候、趋势预测及对环境影响的研究;4)青藏高原生态系统结构、功能与演化分异的研究;5)青藏高原隆起及其对资源、环境和人类活动影响的综合研究。参加研究的有中国科学院所属的16个研究所和国家教委系统的3所大学,共200余人。由于全体科研人员的辛勤努力,经过4年的工作,该项目已圆满完成预期目标,在有关领域取得了丰硕成果,上了一个台阶。以下仅例举说明青藏高原基础研究领域中的若干进展。

  高原岩石圈结构和形成演化

  青藏高原西部南北向综合地球物理剖面重力场、地磁场、电性和人工源地震测深的观测研究,揭示了高原具有巨厚的、多层、高低速相间的地壳结构。地质和地球物理的研究结果表明,青藏高原是由5条缝合带和被它们分隔开的6个地体组合而成的,各地体的构造、物质组成和地球物理场特征均有很大差别。青藏高原是印度板块与欧亚板块相互作用的结果,又是东特提斯的主体所在。青藏地区内特提斯在空间上可分北、中、南三个区域,主洋盆随时间推移由北而南变迁,和高原各地体与缝合带北老南新一致,反映了冈瓦纳大陆不断裂解、亚洲大陆依次向南增生的板块运动过程。喜马拉雅运动的造山过程可代表高原近期的地质演化。大陆碰撞后印度板块持续北移,在南北向强大的挤压作用下,高原岩石圈在经向上缩短并被压扁。将高原多次叠加压扁变形、南北缩短、垂向拉伸、东西流展以及热作用过程归纳起来,提出了青藏高原形成与隆升的新理论模型――叠加压扁热动力模型。

  晚新生代以来的环境变迁

  自印度次大陆与欧亚大陆碰撞以来,青藏高原的隆升呈多阶段的、非均匀的、不等速的过程。青藏地区在新生代期间大致经历了三期地面抬升和两度夷平。在3.4百万年前形成的一个面积十分广阔的夷平面,其高度在海拔1000米以下。最强的隆升运动发生在第三纪末和第四纪早期,高原主体是经历了由此开始的新构造运动才形成目前面貌的。从距今3.4百万年起,青藏地区开始整体强烈隆升、主夷平面瓦解、大型断陷盆地形成的强烈构造运动,在大高原形成,并发育深厚的高原季风。在距今60万年左右,高原面上升至海拔3000~3500米,山地高度更达到4000米以上,引起高原气候的突变。它以高原冬季风大加强、夏季风大减弱为主要标志。这次抬升的降温与中更新世突变的全球性轨道转型相耦合,青藏高原首次全面进入冰冻圈,出现最大规模的冰川作用。

  在青藏高原距今15万年的前期,存在一次剧烈但不均匀的构造上升运动。末次冰期全盛时,高原平均降温7℃,降水只有现代的  30%~70%,冰川面积增长至350,000平方公里,高原的绝大部分为荒漠草原所覆盖,森林向东缘南缘退却。末次冰期全盛期温度波动是15万年以来最剧烈的,古里雅冰芯中频繁出现百年际10℃以上的振荡。冰芯、湖芯和黄土剖面揭示出青藏高原在全球变化中有明显的区域性和特殊性,表现为:波动变幅大,暖期特别暖,进入冰期迅速,变暖较缓慢。

  气侯与环境的近期变化

  进入全新世,高原温度急剧上升。距今7000~5000年是全新世最暖阶段,夏季风增强,降水也较丰沛,高原东南部森林植被显著增加,西部则以草原为主,多数湖泊上升。距今5000年以来,温度下降。季风减弱、降水减少、湖泊萎缩,出现了新冰期的冰川前进与冻土扩大现象。据古里雅冰芯记录,2000年来温度和降水都在波动中趋于升高和增大,但降水变化滞后于温度变化约50~100年。公元100~500年的冷期、11~12世纪冷期和小冰期的三次冷期都有明显的表现。公元1100年是2000年来的最冷期,其后温度上升、降水增多。

  百年来高原气候经历了三次突变(4个阶段):本世纪初至20年代初为冷期,20年代至60年代初为暖期,60年代中至80年代初再次成为冷期,80年代以来高原各地先后进入一个气温持续偏高的时期。高原气温变化的阶段性与北半球基本一致,气温变幅大于中国东部。这种冷、暖气候期分别对应着弱、强的高原季风活动。近百年来高原冰川普遍退缩,多年冻土也出现明显的退化迹象。青藏高原东南部是气候变化的“启动区”,无论冷期还是暖期,都是以高原东南部开始最早。在暖期随着高原季风增强,多雨位相也以高原东南部出现最早。

  此外,我们对高原主要生态系统类型和自然地带进行了研究,并结合环境与发展问题,提出了青藏高原地区在有限环境容量和资源支撑能力下,社会经济可持续发展的模式和途径,人口、资源、环境与发展的协调机制,以及可持续发展的产业结构优化调整与战略产业选择;全面分析了藏南等5个重点区域的开发条件、资源态势,提出区域开发方略规划和对策;从生态学观点出发,提出协调发展农林牧业、优化畜牧业生产结构和建设自然保护区等对策。

  青藏高原是我国有全球特色的优势研究领域,国际上竞争十分剧烈。我们在高原形成演化、环境变迁和生态系统研究方面虽然取得了显著的进展,然而,在攀登科学高峰的征途中,还有崎岖的道路和险阻,需要不断攀登新的台阶。关于青藏高原岩石圈地球动力学、青藏高原与全球环境变化以及高原区域可持续发展等重大理论和实践方面,还有许多未知和问题有待进一步探索和研究。

 
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