自上新世开始以来，塔里木盆地的干旱化趋势加剧：这对构造运动与气候之间的相互作用有何影响

《Glycoscience & Therapy》：Intensified aridification of the Tarim Basin since the beginning of the Pliocene: Implications for the interaction between tectonics and climate

塔里木盆地干旱化始于约530万年前，区域构造运动（如帕米尔与天山的碰撞）通过阻隔西风带水汽输送引发极端干旱，并形成沙尘-气候正反馈机制。研究揭示构造主导天山变形，气候通过调节侵蚀沉积过程影响临界梯度和构造发展，为理解中纬度干旱区构造气候耦合提供新框架。

　　在过去的十年中，关于活动山脉在形成和维持过程中，构造与气候相互作用的研究已成为造山过程领域的前沿课题之一。虽然山脉的形成传统上被认为是板块汇聚和地壳缩短的结果，但近年来，气候因素被越来越多地认为是造山作用的重要驱动因素之一。构造与气候的相互作用不仅影响了区域的降水分布和大气环流模式，还通过改变海洋通道的开启与关闭，影响全球热量的重新分布，从而导致气候变化。同时，山脉的隆起会通过地形效应改变大气环流，形成降水集中区和雨影效应，这不仅促进了山脉的快速出露和侵蚀，还通过硅酸盐岩石的化学风化作用，消耗大气中的二氧化碳，进而引发长期的全球降温。相反，气候对构造的反馈作用主要体现在通过调节侵蚀和沉积过程，影响前陆的弯曲沉降以及山脉的等压反弹。在诸如喜马拉雅-青藏高原等构造-气候耦合系统中，这些机制已经被广泛研究，并被认为是塑造地球地表系统的基本过程之一。然而，这些机制在干旱环境中的表现却鲜有深入探讨，尽管其在全球变化中的重要性不容忽视。

中央亚细亚地区，作为北半球最大的中纬度干旱区，不仅在全球气候系统中占据重要地位，还被认为是世界上三个主要的粉尘源之一。这一地区在新生代经历了显著的大陆内部造山过程，包括青藏高原的抬升以及北侧一系列山脉的形成。同时，中央亚细亚也记录了帕拉特海（Paratethys Sea）向西退缩以及与全球降温相关的显著气候变化。这些过程共同塑造了该地区的山脉结构和干旱环境，使其成为研究构造与气候相互作用的理想自然实验室。特别是在全球变冷的大背景下，研究这些过程如何影响山脉的形成和扩张，具有重要的科学意义。

塔里木盆地位于中纬度干旱区的中心地带，其地理位置被帕米尔高原（也被称为“西部喜马拉雅构造结”）环绕于西，南侧则被西昆仑山和阿尔金山脉所限制，北侧则被天山山脉所包围。这一特殊的地形结构使其处于邻近山脉的雨影区，导致降水稀少，蒸发强烈。目前，塔里木盆地大部分地区被塔克拉玛干沙漠覆盖，这是世界上第二大流动沙漠。该地区年降水量不足50毫米，而年蒸发量却高达3000毫米，显示出极端干旱的特征。因此，塔里木盆地不仅是研究干旱环境形成历史的关键区域，还为理解区域构造与全球变冷之间的相互作用提供了独特的视角。

本研究聚焦于塔里木盆地南部天山前缘的晚新生代陆源沉积物，通过分析其环境磁性参数，结合已发表的天山地区褶皱逆冲带（FTBs）变形研究结果，探讨构造与气候在该区域相互作用的机制。研究发现，塔里木盆地的极端干旱化始于约530万年前。这一时期，磁赤铁矿的相对和绝对浓度均出现急剧下降，表明当时区域的气候条件发生了显著变化。进一步分析表明，帕米尔高原与天山山脉的碰撞及其构造抬升，最终阻断了西风带从帕拉特海输送至塔里木盆地的水汽路径，导致该地区的干旱化加剧。此外，中亚沙漠的形成，特别是塔克拉玛干沙漠的扩张，进一步减少了区域降水量，并增加了粉尘的排放和粉尘通量，通过粉尘反馈机制加剧了塔里木盆地的干旱化。

研究还指出，构造与气候的相互作用在天山山脉的形成和向外扩张过程中发挥了关键作用。构造因素主要控制着天山内部的变形过程，而气候因素则通过调节关键倾斜角模型中的侵蚀和沉积过程，影响天山的生长方向和速度。这种构造-气候-粉尘反馈机制不仅适用于塔里木盆地，还可能为理解其他中纬度大陆内部的干旱化过程提供普遍适用的框架，例如安第斯山脉前缘或伊朗高原等地区。这些地区同样存在类似的山脉-盆地耦合系统和以西风带为主的环流模式，因此，研究塔里木盆地的干旱化机制对于理解全球范围内构造与气候的相互作用具有重要的参考价值。

为了更全面地揭示塔里木盆地干旱化过程及其与构造的相互作用，研究团队在塔里木盆地南部天山前缘的ST剖面中，沿着暴露良好的地层采集了145个陆源沉积物样品。这些样品主要来自粉砂岩和泥岩层位，以避免颗粒大小对磁性参数的影响。样品的年代测定基于已发表的高分辨率磁性地层学结果，通过线性插值法进行年龄推断。在实验室中，每份样品（约10克）在30摄氏度下干燥24小时后，约2克被研磨用于测量颜色参数。这些颜色参数能够反映沉积物的氧化还原条件，从而间接指示气候的变化。

磁性矿物的分析结果显示，磁赤铁矿和磁铁矿在研究区域的晚新生代沉积物中普遍存在，并且作为剩磁载体在沉积物中发挥了重要作用。此外，剩磁在约580摄氏度时的显著下降以及在约680摄氏度时的解块温度，进一步证明了磁赤铁矿和磁铁矿的共存。这些磁性矿物的分布和变化不仅反映了沉积物的来源和搬运过程，还与区域气候条件密切相关。例如，磁性矿物的含量和类型可能受到风化作用、侵蚀速率以及沉积环境的影响，而这些因素又与气候条件紧密相连。

环境磁性参数近年来在大陆沉积系统中被广泛应用于古气候研究，特别是在黄土-古土壤序列、湖泊沉积物以及陆源碎屑沉积物中。然而，这些参数的解释需要对多种控制因素进行严谨评估。磁性矿物的种类、含量以及其物理性质（如磁化率、矫顽力等）都可能受到构造活动、气候条件以及沉积环境的影响。因此，在分析这些参数时，必须综合考虑多种因素，以确保结果的准确性和可靠性。

本研究通过分析塔里木盆地南部天山前缘的环境磁性参数，揭示了构造与气候在该地区相互作用的机制。研究结果表明，构造活动在塔里木盆地的极端干旱化过程中起到了决定性作用，而气候则通过调节关键倾斜角模型中的侵蚀和沉积过程，影响了天山山脉的生长方向和速度。这种构造-气候反馈机制不仅适用于塔里木盆地，还可能为理解其他中纬度大陆内部的干旱化过程提供普遍适用的框架。此外，研究还强调了进一步的模型研究对于区分构造和气候在塑造山脉地形中的独立贡献的重要性。通过更精确的模拟，可以更好地揭示构造与气候在不同环境条件下的相互作用机制，为全球范围内的地表系统演化研究提供新的视角和方法。

总之，本研究不仅深化了对塔里木盆地干旱化过程的理解，还为构造与气候在干旱环境中相互作用的机制提供了新的证据。这些发现对于揭示全球范围内构造-气候耦合系统的演化规律具有重要意义，同时也为未来的地质研究和环境变化分析提供了重要的理论基础。通过进一步的研究和模型构建，我们有望更全面地理解这些复杂的相互作用机制，并为应对全球气候变化提供科学依据。