「世界の屋根」はもともと「谷」でした！青海・チベット高原は何を経験してきたのでしょうか?

著者: ハン・ヤンメイ

地球の第三の極である青海・チベット高原は、現在、平均標高が4,000メートルを超えており、「世界の屋根」として知られています。しかし、青海チベット高原は、現在の「高い」姿になる前に、実は低地の暖かい「谷」を形成していた。

どのようにして「谷」から「世界の屋根」へと進化したのでしょうか?その隆起プロセスは、今日の青海チベット高原の環境にどのような影響を与えているのでしょうか?これらは青海・チベット高原に関する未解決の謎です。

中国科学院院士で中国科学院青海チベット高原研究所（以下、青海チベット高原研究所）研究員の丁林氏が率いる衝突隆起・衝撃チームは、第2次青蔵科学探検隊の支援を受け、20年以上にわたり、地質構造進化、岩石圏深部構造、古高度、古気温、古植生分析、古気候シミュレーションなど、複数の分野と方法による総合的な研究を通じて、青海チベット高原隆起以前の低高度「中央谷」の様子と歴史的プロセスを描き出してきた。関連する研究は最近、Science Advances に掲載されました。

上昇前の「最低点」

青海・チベット高原の隆起は複雑で長い歴史を経てきたため、その隆起の地質力学的プロセスについてはいまだ議論の余地がある。

5300万年から3600万年前の始新世に、高原の南部が最初に最も高い地域となり、その後北に向かって上昇したと考える人もいます。もう一つの見解は、始新世には高原の中央部が最も標高が高く、青海チベット高原の原型を形成し、その後中新世からは南はヒマラヤ山脈、北は青海チベット高原北部の崑崙山脈や祁連山脈まで拡大したというものである。

論文の筆頭著者である青海・チベット高原研究所の熊中宇博士は、インドプレートとユーラシアプレートの衝突後、高いガンディセ造山帯と中央分水嶺造山帯の間に、現在の地形とは全く異なる「低高度中央谷」が形成されたと紹介した。現在のルトグ-ゲツェ-ニマ-バンゲ-ナクチュ-ディンチンの線に沿って西から東に伸びています。

「しかし、現在の高さまで隆起したのはいつなのか、セントラルバレーの隆起を引き起こした内因的な原動力は何だったのかはまだわかっていない。」論文の責任著者であるディン・リン氏は、隆起のプロセスと特徴を正確に定量化することが、大気と地表プロセスへの影響を評価する上で非常に重要であると述べた。

ディン・リン氏は1997年以来、この謎を解くためにチームを率いてセントラルバレー中央部のルンポラ盆地で現地調査を行ってきた。

ルンポラ盆地はバンゲ県に属し、面積は約3,600平方キロメートル、標高は約4,700メートル、年間平均気温は約0℃、年間降水量は400～500mmです。典型的な高寒モンスーン気候であり、青海チベット高原の隆起の歴史、メカニズム、環境生物学的影響を研究するホットスポットとなっている。

火山灰の「コード」を見つける

「火山灰層は、盆地に堆積した太古の火山噴火による火山灰で、地層の形成年代や絶対年代を正確に判定することができます。地層の絶対年代は『ものさし』のようなものです。このものさしに基づいてのみ、地球の各球体の進化の過程を正確に再現することができます。」 Xiong Zhongyu氏は中国科学日報に語った。

研究チームは盆地内で合計9セットの火山灰を発見した。研究者らはジルコン・ウラン・鉛年代測定法を用いて火山灰の絶対年代を決定し、5000万年から2000万年前のルンポラ盆地の堆積層の絶対年代測定枠組みを確立した。

研究によれば、下部牛堡層は5000万年から2900万年前に堆積し、上部定青層は2900万年から2000万年前に堆積したとされています。

研究チームはこの時系列の枠組みに基づき、英国ブリストル大学の古気候シミュレーションチームと協力し、青海・チベット高原で初めて古気候シミュレーション手法を用いた。彼らは、青海チベット高原の中央渓谷の降雨パターンは冬と夏で二峰性パターンであると判定した。

同時に、降雨量、表面蒸発量、土壌水分含有量と組み合わせて、古土壌石灰質団塊の形成時期を明らかにしました。牛堡層下部の古土壌石灰質団塊の形成時期は3月から6月であるのに対し、牛堡層上部の古土壌石灰質団塊の形成時期は5月から6月と9月の2段階に限られていました。

深い円は「内発的原動力」

研究チームは、古代の土壌石灰質団塊の同位体データによって決定された古代の表面温度に基づいて、表面空気湿球温度と湿球空気温度減率を創造的に使用して、ルンポラ盆地の表面高度の変化の歴史を定量的に復元しました。

研究結果によると、約5000万年前から3800万年前、青海チベット高原は「二つの山に挟まれた盆地」という地理的特徴を呈していたことがわかった。ガンディセ山脈は海抜約4,500メートル、中央分水嶺山脈は海抜約4,000メートルで、その間に標高約1,700メートルのセントラルバレーがありました。セントラルバレーは温暖で湿度の高い気候で、降水量は西風とモンスーンが中心です。亜熱帯の動植物が繁茂し、高原の中の「桃源郷」となっています。

約3800万年から2900万年前、ルンポラ盆地に代表される中央渓谷は急速に隆起し、標高4000メートルを超える高原となり、青海・チベット高原の主要部分も形成されました。

セントラルバレーの隆起と地球全体の気候の寒冷化により、高原中央部の気温が大幅に低下し、降水量が減少し、南部のモンスーンの影響が相対的に強まりました。気候変動により、高原の中央部は温暖で湿潤な亜熱帯生態系から、寒冷で乾燥した高山生態系へと変化し、主な地表植生は高山草原となっている。

研究チームはさらに、これまでの研究と合わせて、ヤルンザンボ縫合線の北側の造山帯が台地本体に発達した時期は始新世後期から漸新世前期（3800万年前から2900万年前）であるのに対し、ヤルンザンボ縫合線の南側のヒマラヤ山脈が現在の高さに達したのは中新世前期（2500万年前から1500万年前）に過ぎないことを指摘した。

ディン・リン氏は、セントラルバレーの隆起をもたらした深部地質力学メカニズムは、沈み込むラサマントルの層間剥離、アセノスフェア物質の湧昇、および上部地殻の短縮であると紹介した。中央渓谷の隆起は、青海・チベット高原が地表環境に多大な影響を及ぼし始めたことを示しています。この研究は、青海・チベット高原の各圏の時空間進化の研究において確固たる一歩を踏み出したものであり、青海・チベット高原の地球システムの科学研究に重要な実証効果をもたらした。