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青藏高原在大家看来，
是一整块的“铁板”，
但是在我们看来，
它是由很多个不同的块体“拼”起来的。
张以春 · 中国科学院南京地质古生物研究所研究员
格致论道第112期｜2024年6月1日 北京
大家好，我是张以春，来自中国科学院南京地质古生物研究所。在2001年大学三年级时，我就第一次去青藏高原参加地质考察工作。从那时开始至今，我已经去过青藏高原23次了。今天，我想和大家分享在青藏高原上一些比较有意思的科学发现。
谈到青藏高原，可能大家的第一印象是青藏高原非常漂亮，有壮丽的冰川和雪山，有辽阔的藏北湖泊，还有在草原上奔跑的各种各样的野生动物。这些都是我们在野外拍到的。
▲下图从左到右：菊石、珊瑚、腕足
但是，我们更关注的却是脚下的石头。对于地质工作者来说，整个青藏高原就是研究的天堂。尤其是在一望无际、一片荒凉的藏北高原上，这些石头都裸露在地表，我们只要俯下身，就能在石头里找到非常多的精美化石。提到化石，大家可能对恐龙的印象最为深刻。科学家通过对恐龙化石的研究，知道了恐龙会进化成天上飞的鸟类，这就说明研究化石在生物演化上有重要的意义。除此之外，化石还有重要的地层和环境指示意义。什么意思呢？因为化石所代表的古生物是有它生活的年代和环境的。提到恐龙我们知道，它主要生活在侏罗纪和白垩纪，生活的环境主要是陆地。大家还可能听说过，喜马拉雅地区曾经是一片汪洋，这也是可以用化石证明的。其实不止是喜马拉雅地区，整个青藏高原曾经都在海洋里。https://deeptimemaps.com/这是一张古地理重建图，展示了地球3亿年前的模样，和今天是很不一样的。如果要在这张图上去找青藏高原，可能就比较复杂了，因为它被分得到处都是。主要的一部分块体在南半球的高纬度地区，和东亚的主体之间隔了一个古特提斯洋。https://deeptimemaps.com/在3亿年之后，这些板块分别在不同的时间从南半球脱离，一直向北半球漂去。到了新生代早期，我们可以看到这样的面貌，和现在的西藏就比较相似了。不过还有点差别，当时的海水还没有退出去。直到印度板块和欧亚板块完成了最终的碰撞，高原隆升，海水退出，我们就见到了今天青藏高原的模样。所以，青藏高原在大家看来是一个非常非常大的整块“铁板”，但是在我们看来，它是由很多个不同的板块经过复杂的演化最后“拼”起来的。那么问题来了。你说在3亿年前，青藏高原的一部分在大洋另一边，或者说当时的这个大洋就是从今天的青藏高原上穿过的。但是，它究竟是从哪里穿过的呢？前辈科学家们给出了很多种不同的假设，就是这张图中这些白线的位置，叫做缝合带。在1987年，吉林大学的李才教授（当时在西藏地矿局）首次提出，羌塘盆地中部的龙木错-双湖缝合带代表了这个洋盆当时经过的位置。就是图中这些红点所在的位置，它分割了北边的北羌塘地块和南面的南羌塘地块。这个观点提出之后，在学术界引起了很大争议。比如有人说这不是一个缝合带，是一个裂谷带。那我们就想，能不能从化石的角度来研究这样的问题呢？于是我们就花了很多年去羌塘盆地考察。羌塘在藏语中是指北方的高地，它是青藏高原北部一个海拔特别高、人烟非常稀少、绝大部分都是无人区的地方，也是国家级自然保护区。羌塘分为两个盆地，一个南羌塘，一个北羌塘，中间是中央隆起带，就是图中车北边的这排高山，我们也把它称为龙木错-双湖缝合带。2020年9月，我们科考队来到了羌塘盆地中部的荣玛乡开展考察，正好就在缝合带的位置上。当时在这个沟口，我们看到一排藏野驴，长得非常地好看。但是，这个沟里还有一堆野牦牛。大家可能不太了解野牦牛，它们对车辆的攻击性是非常强的。所以鉴于这样的危险，我们暂时停了一会儿。正好在下车的时候，就找到了这种石头，黑黑的，表面像涂了一层油一样，它叫做硅质岩。形成这种石头有两种可能性。一种是在海里面由放射虫化石沉积而成，一般形成于深海的环境，这种叫深海的放射虫硅质岩。另外一种是火山喷发形成，由热液形成的硅质的胶结，这种里面是找不到化石的。我们在野外拿到石头时，也看不清里面有没有化石，于是就拿回来进行分析。后来我的同事告诉我，这不仅是放射虫硅质岩，而且放射虫的时代是泥盆纪晚期，距今大约3.7亿-3.6亿年。知道这个消息的时候我非常兴奋，因为这就是我们苦苦寻找的证据。这个发现就表明了在3.7亿-3.6亿年前，当时沿着羌塘盆地中部的龙木错-双湖缝合带已经存在深海环境了。如果它存在深海，那么接下来的问题就是，当时北羌塘地块和南羌塘地块在这个洋盆的两边，会不会给生物的面貌带来差别？带着这个问题，我们在2021年5月到了阿里北部的无人区考察。这个地方属于北羌塘地块，海拔非常高，5200米以上，之前我们谁都没去过。我们20多个人带着几台车，第一天进去就碰到了大雪，大雪把路基本上全部盖住了，看不清路。但是后来我们商量了一下，觉得能进来很不容易，就咬着牙，慢慢地把车开进了无人区。从早上一直开到下午4点钟，我们才到达预定的地点。准备扎营的时候，我们发现新的问题又来了：找不到淡水。能找到的都是盐碱地的水，那些水是不能喝的。于是我们又紧急派两台车到处找淡水，还好在山脚下发现了一处泉水，所以我们就在这个地方安营扎寨了。扎好营之后的第一天考察时，我们就在兽形湖地区找到了这样的一种地形。它呈独立的小小的山包状，就像一些小火山。但我们走近一看，发现这里面有非常多化石。所以它不是火山，它是典型的生物礁。这还是第一次在藏北发现生物礁，我们就把它采回来切片研究，发现它主要由海绵、层孔虫还有珊瑚组成。可以想象一下，在3.85亿年前，当时的北羌塘可能就像现在的澳大利亚一样，阳光非常好，水体非常温暖，这些生物都非常繁盛地生长着，造出很多的骨架，最后都变成了今天的化石。这些化石发现告诉我们，这个地方一直是温暖的浅海。右：尼玛县唢呐湖二叠纪最早期，发现重要䗴类球希瓦格䗴Sphaeroschwagerina我们在无人区继续考察的时候，还发现了双点达坂一带3.5亿-3.4亿年前的化石，以及北羌塘地块中部唢呐湖一带3.15亿-3亿年前的化石。几千万年的时间里，整个北羌塘地块全部都是碳酸盐岩，而且化石非常丰富。这么多的腕足化石、䗴类化石都告诉我们，这个地块一直都非常温暖。那么接着我们就要看看，在这个缝合带南面的南羌塘地块当时是怎么样的面貌。在2014年8月，我们就来到了多玛地区进行考察。▲上：日土县多玛乡北部的冰海杂砾岩（约2.95亿年前）我们当时就发现了这样的一种石头，它看上去非常不协调，就是一个大砾石。它在学术界叫做冰海杂砾岩，是由冰川形成的。就相当于现在的南极有大陆型冰川，在冰川的外边有很多的浮冰，浮冰里夹了很多的石头。当浮冰融化的时候，这个石头就往下掉，砸碎了海底正常的沉积，这就是为什么我们能看到这种不协调的现象的原因。这种现象告诉我们，南羌塘地块当时是在高纬度地区，而且它非常地冷。▲南羌塘木实热不卡地区冰海杂砾岩（2.95亿年前）在2023年，我们在木实热不卡地区考察的时候也找到了另外一种石头。它和我们在西部发现的一样都是冰海杂砾岩，但是它的基质是泥岩，这说明当时海底是泥岩的沉积，而且它的成因更加复杂。▲南羌塘地块红土达坂一带冷水腕足化石（2.92亿年前）那么在这种冷水环境之下，要是想去找暖水生物像复体珊瑚、大型䗴类这样的化石，基本上是找不到的。但是有一种生物能够在冷水的环境下生长，就是我们在红土达坂一带发现的这种大大的厚壳的腕足类化石。它能够适应冷水的环境。▲https://deeptimemaps.com/所以我们用化石的证据就确定了，当年李才老师提出的龙木错-双湖缝合带确实是当时的古特提斯所在的位置。在3.7亿-3.6亿年前，沿着这个带里已经是深水了。6000万年之后，这个洋盆越开越大，南羌塘地块已经跑到高纬度地区了，所以我们能见到冰碛岩和生活在冷水里的动物群。相比之下，北边的北羌塘地块一直在中低纬度地区，所以上面的生物群所代表的的水域就非常暖和。化石能够告诉我们当时的海洋是怎么扩张的。那接下来的问题是，我们今天看到的南羌塘和北羌塘是连在一起的，但是3亿年前它们隔着几千公里，这个过程是怎么发生的？▲https://deeptimemaps.com/我们想了解当时的南羌塘是怎么样、什么时候从南面大陆跑走的，所以我们又到南羌塘地块做了很多年的工作。▲南羌塘地块多次考察
（2006，2009，2014，2017，2022，2023）因为南羌塘地块非常非常复杂，我们做了好多次的科考，终于锁定了南羌塘地块西部的剖面，这可能是一个非常重要的剖面。这个地质剖面有三四公里长，从这个剖面可以看到，底端是深水，再到上面逐渐变成浅水。它记录了这个地块从南方大陆裂解的完整过程。也就是说，大家现在看到的山顶上突出来的石头，代表到这个时候南羌塘已经不在南方大陆边缘了，裂解出去了。裂解出去之后对生物群有没有什么影响呢？想找到答案，我们就要看看山顶上究竟有什么化石。我们在2017年5月花了3个小时从山底爬到了山顶，但是非常地不幸，到了山顶就迎来了风雪暴。风雪暴不是正常的下雪，那个雪打在脸上就像刀割的一样。但是我们也不可能再花3个小时再爬一次山，所以我们就在这个石头的反面躲着，等风雪暴过后再进行考察采样。风雪之后见彩虹，我们找到了非常多的珍贵化石，包括很多的腕足类、复体的珊瑚、还有很多的䗴类，时代是2.9亿年前。它们呈现出一派生机勃勃的样子，是生活环境非常暖和的生物群，和当时的南方大陆是非常不一样的。但是我们也要确定一下，这种生物群的变化是由气候变化还是板块运动引起的。为了验证这一点，我们就需要进行对比。我们来看看当时南羌塘地块的南面，当时拉萨地块在这个时间段内发生了什么。这是2011年我们在申扎县木纠错地区考察的一张照片。可以看到在2.7-2.8亿年前，这个地块上还能找到非常多的偏凉水的牙形类生物，还有这种一个一个的单体珊瑚。这些化石指示的环境是偏凉水的，这说明拉萨地块在2.75-2.8亿年前还是偏凉的环境。相比之下，我们刚才说的南羌塘地块在2.9亿年前就已经非常温暖了，对比起来看它们两个的差异非常大。所以根据这样的证据，我们认为南羌塘地块是在2.9亿年前从南方大陆裂解的，裂解之后在南面形成了一个新的洋盆，我们把它叫做中特提斯洋。▲Stampfli and Borel, 2002其实，从南方大陆裂解的不仅仅是南羌塘地块，它的范围很大，从伊朗到阿富汗、喀喇昆仑，再到我们云南的西部，到缅甸、马来西亚、印度尼西亚，上万公里的地块都在2.9亿年前从南方大陆裂解了。为什么？到目前为止，这还是地质上的一个谜团。但是可以看到，青藏高原正好位于这个上万公里条带的核心位置，所以在青藏高原上做的工作是解释一些重大科学问题的关键。研究地质除了有科学意义外，还有现实的意义。比如远在藏北的羌塘盆地现在是国家资源勘探的重点盆地。我们在2009年考察的时候，就在2.52亿年前的地层里发现了一条黑黑的煤层。10年之后，我们在北羌塘地块的昌都地区考察的时候，同样也找到了一个煤层。这引起了我们非常大的兴趣。我们就对这个问题开展了研究，证明了煤实际上只能分布在当时的北羌塘地块上，它形成的煤是受当时特殊的板块构造控制的。但是你要是看现在和它相邻的南羌塘地块，就在这个时代找不到煤。因为在地质历史上，它们并非是邻居，而是相隔了一个数千公里的大洋。这张图展示了我们20多次在青藏高原开展工作的各个科考点。我们在近几年的考察中也发现了许多前人没有发现过的生物群，结合着其他的学科，我们也提出了青藏高原板块演化的规律性。近几年，我们也把考察点延伸到了国外，到了伊朗、巴基斯坦和缅甸等地区。但是我们发现，随着研究的深入，更多、更难的科学问题也涌现了，这就需要我们进一步地开展考察的工作。所以我们还会继续前往西藏。给大家展示一个科考的野外实录，这是2021年5月我们去西藏无人区考察的影像。当时进入无人区的时候下着暴雪，找到扎营点之后，我们一部分人在洗碗，一部分人在搭帐篷，分工非常明确。因为当时正在下着雪，所以我们要赶紧把营地给撑起来。在这个地区的考察过程中，我们也找到了非常多重要的化石，包括石炭纪的珊瑚、腕足，还有泥盆纪的生物礁。而且这个地区也非常有意思，有很多的野生动物，特别是这些藏野驴会和车进行赛跑，这是跑过西藏的人都知道的。我们每天上山都会背着很重的石头下山，非常辛苦。但幸福的是，我们能找到各式各样前人没有发现过的化石材料。尽管青藏高原还是比较艰苦，但是20多年的研究让我们深切地感觉到了国家经济的发展和藏区生活的改善。曾经泥泞的道路变成了现在通畅的柏油路，甚至在藏北的一些小镇里，我们都能拿手机扫码来采购物资了，在扎营的时候我们还能跟家人连线视频。这是以前想都不敢想的。接下来，我们李四光青藏高原地层古生物科考突击队将再次进入西藏，赶往羌塘无人区进行考察。我希望这次能有更多新的发现，来服务于重大的科学问题和国家的重大的需求，把青藏高原这张图“拼”得越来越好。文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。欢迎关注格致论道官网: self.org.cn，微信公众号: SELFtalks，微博: 格致论道。
