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中国从哪里来?

中国从哪里来?将往何处去?解答这个问题的角度多种多样,而地质学家的视角更为特别。

类似于宇宙起源于一次大爆炸,现今中国的地理格局则与一次大碰撞息息相关。大碰撞造就了如今地球上最高、最年轻的高原——青藏高原,并影响到中国的地貌、气候、水系、生命等,且这一影响还在继续。

中国及其周围区域地形图/ 图片来自123RF

答案会是什么?

●身为人类,我最好奇的问题是,我从哪里来?将往何处去?

●而身为中国人,我最好奇的问题会变成:中国从哪里来?将往何处去?

●解答这个问题的角度多种多样,地质学家的答案或许最为特别,因为他们会从一个行星尺度的宏大视角出发。答案不在掌控中国经济命脉的繁华都市,而在这颗星球上非常突出的一块寒冷高地——青藏高原。

●我们对青藏高原的了解,始于40多年前。当时中国正处于“文化大革命”的混乱之中,一批科学家凭借简陋的装备毅然进入青藏高原,开展了第一次青藏高原综合科学考察研究,他们的足迹遍布高原的角落。

●40多年后的2017年,作为国家战略任务,第二次青藏高原综合科学考察研究被启动。数千名科研工作者被组织起来做研究,持续时间将长达十余年。这是全球地学界极具影响力的项目之一。

●凭借这些科学研究,我们不但会从中了解“中国从哪里来”,还依稀会看到“中国将往何处去”。

青藏高原地形图

青藏高原的平均海拔超过4000米,是世界上海拔最高的高原,有“世界屋脊”之称。它西起帕米尔高原,东至横断山,南抵喜马拉雅山脉南缘,北迄昆仑山—阿尔金山—祁连山北侧,东西长约3000千米,南北宽300~1500千米,其中绝大部分位于中国境内。此图所采用的具体范围据张国庆等的研究(2015)。

壹 大碰撞

类似于宇宙起源于一次大爆炸,现今中国的地理格局则与一次大碰撞息息相关。约6500万年前 ,印度板块与欧亚板块相撞,碰撞速度极快,能量极大,并引发超大幅度的地表隆起。于是,现代地球上最高、最年轻的高原——青藏高原诞生了。

青藏高原平均海拔超过4000米,地壳厚度可达80千米。其环境之独特,可与地球南、北极并列,被称为“第三极”。

珠穆朗玛峰北坡 / 摄影 李健

南迦巴瓦峰 / 摄影 张扬的小强 南迦巴瓦峰位于喜马拉雅山脉东端,属于第一级阶梯。

东川红土地 / 摄影 刘珠明 东川红土地位于云贵高原,属于第二级阶梯。

华北平原 / 摄影 陈俊杰 华北平原,属于第三级阶梯。

在青藏高原上,许多巨大的山脉次第隆起。喜马拉雅山、昆仑山—阿尔金山—祁连山南北夹峙;冈底斯山脉、念青唐古拉山、唐古拉山,居于腹地;兴都库什山—喀喇昆仑山、横断山分立东西两端。这些高大的山脉囊括了地球上14座8000米级山峰、绝大多数的7000米级山峰,以及数不胜数的5000~6000米级山峰。因此,这次大碰撞堪称过去2亿年最重要的造山事件之一。

其中珠穆朗玛峰高达8848.86米,为世界最高峰。乔戈里峰的海拔为8611米,为世界第二高峰。世界第十四高峰希夏邦马峰,则完全位于中国境内,海拔为8027米。其他声名赫赫的极高山,如位于西藏林芝的南迦巴瓦峰,位于西藏阿里的冈仁波齐峰,位于云南的卡瓦格博峰,位于新疆的慕士塔格峰,位于四川甘孜的贡嘎山,位于四川稻城亚丁风景区的央迈勇峰等,则形成了中国西部的擎天之柱。

然而,大碰撞的“洪荒之力”还没有释放完毕。青藏高原诞生的同时,大碰撞的力量也开始向外围扩散。此前已经有了一定海拔高度的另一些地方也受到挤压,进一步抬升,包括黄土高原、云贵高原、内蒙古高原。

中国四大高原无一不受到大碰撞的巨大影响。至此,中国大地上出现了显著的三级阶梯。青藏高原海拔最高,为第一级阶梯;海拔为1000~2000米的内蒙古高原、黄土高原、云贵高原等,构成了第二级阶梯;大兴安岭、太行山、雪峰山以东,大部分海拔在500米以下,为第三级阶梯。中国的地理格局就此形成。

三级阶梯的差异,使得中国的地貌景观极富变化。万千山岭、大美山河,就在这三级阶梯上依次显现。可以说,没有大碰撞,就没有今天的中国,更没有因三级阶梯的差异而造成的地貌景观的千变万化。

但是,大碰撞对中国的影响不止于地貌。科学家们发现,作为大碰撞的最大产物,青藏高原的上空生成了一台超级“风机”。它将颠覆原本控制中国的行星风系。

中国三级阶梯示意图

贰 高原“风机”

如果不考虑地形等诸多因素,地球上接近地面的大气层将以一种非常规律的方式流动,这便是行星风系。

在北纬30°附近的亚热带地区,行星风系控制下的气流不断从高空下沉至地面。温度越来越高,水汽也越来越不易凝结,难以形成降雨。受此影响,北纬30°附近出现了大面积的干旱地带,从北非到西亚,几乎连成一片。如果没有意外,同样位于北纬30°附近的中国南方地区,也会比现在干燥得多。

但是“意外”还是降临了。平均海拔超过4000米的青藏高原,比平原地区接收到的太阳辐射更多。夏季,高原表面吸收的太阳能不断加热地表上方的空气,相当于将一块巨大的太阳能电热毯放到4000米高的大气层中。大气受热上升,地面气压降低,高原开始“抽吸”外围的气流进行补给,一个大型“抽风机”制造完成。南亚季风、东亚季风都因为青藏高原的“抽吸”而加强,并深入内陆。

南亚季风从印度洋呼啸北上,季风裹挟的大量水汽弥漫群山。气流或从山间峡谷鱼贯而入,形成汹涌的水汽通道;或在喜马拉雅山脉南缘聚集,形成大量降水。藏南的墨脱、察隅等地,都是中国降水较丰富的地区。

青藏高原对亚洲季风的影响示意图

行星风系示意图

藏东南云海 / 摄影 李珩

浙江鼎湖峰 / 摄影 马玉晗

此图拍摄于浙江省缙云县仙都风景区内。鼎湖峰地处中国东南地区,气候湿润,山中水汽充足,云雾缭绕。

塔克拉玛干沙漠 / 摄影 赵来清

此图为塔克拉玛干沙漠及生长在其中的胡杨。塔克拉玛干沙漠位于塔里木盆地腹地,因距海较远,加之青藏高原对大气环流的影响,气候极为干旱,年降水量多在50毫米以下。极端干旱的气候使得这里的植被覆盖度极低,多为裸露沙山。胡杨一类乔木植被多分布在沙漠边缘及有河水流经的地方。

源于太平洋的东亚季风,势力大大增强,它可以从海洋深入中华腹地,击退行星风系对中国南方的控制。充沛的水汽驱散了北纬30的干旱,一个烟雨江南诞生了。如果没有青藏高原这个巨型“抽风机”,一切或将不复存在。但大自然是追求平衡的,烟雨江南诞生的同时,青藏高原也阻挡了印度洋水汽的北上。地处内陆而干旱少雨的中国西北地区变得更加干旱,沙漠、戈壁大范围出现。

不仅如此。冬季,强劲的西风也受到青藏高原的阻挡,不得不改变路径。它们吹起西北沙漠中的沙尘,沿着青藏高原北部边缘向东推进,沙尘颗粒在太行山以西、秦岭以北降落,形成了黄土堆积厚度最高达400米的黄土高原。烟雨江南、大漠西北,再加上气候高寒的青藏高原,中国的三大自然区——东部季风区、西北干旱半干旱区、青藏高寒区,就此成形。

高原“抽风机”重塑了中国的气候。一座“超级水塔”又在高原上竖立起来,中国的水系也将为之一变。

中国三大自然区示意图

藏东南冰川 / 摄影 曹铁

叁 “超级水塔”

随着海拔的上升,青藏高原大气层中的水汽凝结,形成了大量降雪。降雪日积月累,压实形成冰川,厚度可达数百米,犹如绝境长城。其长度从几千米到几十千米不等,如一条条巨龙,沿着山谷倾泻而下,又好像树枝一样延伸,漫流无际。

青藏高原究竟有多少冰川?答案是4万多条。其覆盖面积约4.4万平方千米,比一个台湾岛还大许多,占全国冰川面积的80%以上。同时,它也是全球同纬度最大的冰川作用中心。

青藏高原还拥有地球上海拔最高、数量最多的高原湖泊群。面积大于一平方千米的湖泊有1000多个,约占全国湖泊总面积的50%。此外,青藏高原的湖泊类型也极其丰富。论面积,从珍珠般的高山海子,到中国第一大湖——青海湖,应有尽有;论形成原因,涉及构造湖、冰蚀湖、堰塞湖等;论水质,有淡水湖、咸水湖及盐湖。

如此众多的冰川、湖泊,再加上地下水、地表河流,青藏高原化身为一座平均海拔超过4000米的“超级水塔”。当水塔的闸门打开时,水流便可以高屋建瓴之势向四周奔流,中国乃至亚洲的水系布局由此奠定。

在中国西北部,石羊河、黑河、疏勒河,流向河西走廊,塔里木河则汇入塔里木盆地。它们各自滋润出许多绿洲。在中国东部,黄河、长江顺着三级阶梯奔流而下,孕育出中华文明。

八一冰川 / 摄影 吴玮

八一冰川位于祁连山北侧中段,为平顶冰川。

青海湖 /摄影 仇梦晗

青海湖是中国面积最大的湖泊,湖泊面积达4435.69平方千米,相当于上海市陆地面积的2/3。图为青海湖一角。

扎布耶茶卡 / 摄影 陆雨春

扎布耶茶卡位于西藏自治区日喀则地区仲巴县境内,拥有丰富的盐类资源。

黄河 / 摄影 许兆超

晋陕交界处,黄河在这里形成了5个“S”形大转弯。

在中国西南部,澜沧江、怒江、独龙江、雅鲁藏布江、象泉河、狮泉河及孔雀河,流出国门,成为亚洲诸多文明的源泉。

“超级水塔”孕育了超级大河。这些河流蕴藏的水能占到全国的44%,是世界上河流水能蕴藏量较集中的地区之一。强大的水流切割了山地,还形成了“三江并流”“大拐弯”等奇丽景观。

至此,中国的地貌、气候、水系都已形成,最后该轮到生命登场了。可是,像青藏高原这样的高寒之地,又将如何对生命产生影响呢?

发源于青藏高原的主要河流分布图

平均海拔超过4000米的青藏高原是众多河流的发源地。这些河流从高原向四周扩散,奠定了亚洲大部分地区的水系格局,黄河、长江、恒河、湄公河、印度河、萨尔温江、伊洛瓦底江等亚洲重要河流均发源于青藏高原。因此,青藏高原也被称为“亚洲水塔”。

肆 生命之舟

西藏阿里札达盆地,土林沟壑纵横,看起来干旱荒芜,了无生机。

2010年8月7日,科学家在这里发现了几块化石,它们属于世界上已知最古老的豹类—布氏豹。随后,更深入的研究揭开了一个惊人的秘密:豹亚科动物起源于青藏高原。它们曾走下高原,进入东亚、南亚,演化出了古中华虎、云豹;后又进入美洲,演化出了美洲豹;还进入非洲,演化出了非洲狮、花豹。

此后,更多的化石在札达盆地被找到,包括数以千计的脊椎动物的化石标本。科学家发现,不仅是豹亚科,许多“北极动物”同样起源于青藏高原,而非人们通常认为的北极。

原来,随着青藏高原的隆升,高原上的动物们为适应寒冷的环境,不断演化,譬如长出厚厚的皮毛。距今258万年前,第四纪大冰期降临,并持续至今,原本温暖的北极地区变得更加寒冷。但在青藏高原上的动物们早已适应寒冷的环境,包括北极狐、披毛犀在内的动物,顺利从青藏高原扩散到北极,并开辟出了全新的家园。

可以说,起源于青藏高原的动物的迁徙和演化,奠定了第三极和更广阔地区的生物多样性。

如今,在青藏高原广袤的土地上,在众多的垂直山地之间,依然生活着中国40%的维管植物、43%的陆栖脊椎动物,堪称中国生物多样性的基石。这其中就包括布氏豹的姊妹物种雪豹,以及许多青藏高原特有的物种,如藏狐、藏野驴、藏原羚、藏羚羊、野牦牛等。

就连在青藏高原上生活的人群,也在独特的环境中创造出了独特的文化和精神崇拜,成为中华文明中的独特一员。

布氏豹头骨复原 / 制图Mauricio Antong、曾志杰

决斗的藏羚羊 / 摄影 张强

照片拍摄于可可西里。

披毛犀的起源与扩散示意图

图片由中科院古脊椎所邓涛团队提供(2012)。

札达盆地生物复原图 / 制图 Julie Selan

该图复原了距今530万年至260万年的札达盆地生物活动场景。

雪豹 / 摄影 次丁

照片拍摄于青海省境内。提示:图中有两只雪豹。

纳木错 / 摄影 李珩

纳木错曾是西藏面积最大的湖泊。近年来因为冰川融水加剧,加之青藏地区降水增加,使得原西藏第二大湖泊色林错的湖面面积陡增,从而超过纳木错。纳木错暂居第二。图中远处可见实际位于纳木错西南方向的念青唐古拉山脉及其主峰念青唐古拉峰,近处为圣象天门景观。

伍 未来

大碰撞碰出了一个“大中国”,并影响到中国的地貌、气候、水系、生命等诸多方面,且这一影响目前还在继续。

印度板块仍在以每年44~50毫米的速度北进,力量不断向外围扩散,使高原内部及其周围都成为地震高发带。近年来的许多具有破坏性的地震,如汶川地震、雅安地震、玉树地震、九寨沟地震等,大多受其影响。

高原“抽风机”也在持续抽吸着季风,在甘肃南部、四川、云南形成大量降水,洪水、泥石流多发。

再者,冰川融化、湖泊扩张,青藏高原正在变得愈发湿暖。“超级水塔”影响下的大江大河也会因此出现重大消长,甚至影响着周边30亿人的生存和发展。

未来,青藏高原将带给我们怎样的改变?我们又将如何应对?

为寻找答案,参加第二次青藏高原综合科学考察研究的科研工作者们再次启程,他们登上雪山、深入大湖、挑灯夜战……有了这种对科学真知的孜孜探索,中国的未来才能走得更远、更坚实。 DKoglS/rzbhzTXyEm7NdmkpWqsmAmntob1BNAhTRVmgLj0M4f7ctn2YWzsMRFC6Q

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