干旱的塔里木盆地的地形，其实是河流冲出来的？ | Nature Geoscience 论文推荐

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干旱塔里木盆地存在着石质的细长皱褶，而这些皱褶顶部有倾斜的，面积可达200平方千米的平坦地面，即“背斜”。地质学家利用一个15平发米的河川模拟试验台，模拟了这些背斜的形成过程，表明河流改道可能对这种地形的形成有重要作用。

来源 加州大学圣芭芭拉分校（University of California Santa Barbara）

撰文 Julie Cohen

翻译 赵维娜

审校 刘小鸥

塔里木盆地一褶皱的顶部完全被夷为倾斜的平面，即从图像底部向上延伸至河流穿过的峡谷的区域。图片来自Google。

有时候，我们会在最意想不到的地方找到问题的答案。

在中国工作十多年后，加州大学圣巴巴拉地球科学专业的教授和他的研究生，在9000千米以外的明尼苏达实验室中最终发现了塔里木盆地不同寻常的地形是如何形成的。

尽管塔里木盆地地处干旱的沙漠，存在着迅速生长的层状岩石的细长褶皱，即“背斜”，但是该区域皱褶顶部被夷为大面积平坦的斜面。褶皱形成于印度板块和欧亚板块持续不断的聚合作用。一些背斜在不到200万年升高了5千米——要知道200万年从地质上看，也就是一眨眼的工夫。虽然这里是沙漠气候、经历快速隆升，数百平方英里的区域被河流侵蚀均夷。现在这些河流从跨越皱褶的狭窄的嶂谷中穿流。

所以，地质学上说，这些河流是如何在不远的过去侵蚀这样广大的地区的？

为了回答这个问题，文章的第一作者 Aaron Bufe 求教于明尼阿波斯利的圣安东尼瀑布实验室(SAFL)。在那，他与 SAFL 实验室主任、文章合作作者 Chris Paola 一起，建立了一个15平方米的河川模拟试验台，它可以在机械驱动下逐步“生长”褶皱，小的“河流”流经其中、造成侵蚀。实验模拟均夷发生的条件表明，最近一次发生在约18000年前末次冰期后的冰消期。这一研究成果在《自然—地球科学》（Nature Geoscience，论文信息见文末）上发表。

 “均夷随时间有规律变化，因此我们认为它受到了气候的调控，”合作作者 Burbank 解释，“当有河流中的沉积物和水增多时，均夷作用会造就斜面。但这个作用必须非常强大和有效，因为在仅单个褶皱上有高达200平方千米的区域被侵蚀。”

由于河道转换，侵蚀非常明显。当大量沉积物被淤积在河道中，洪水再次爆发，淤积的沉积物使河水改道，侧向转移至另一区域。

“这种河流改道必然持久、快速且范围很广，使它能够跨越并能侵蚀如此广阔的均夷面，” Burbank 讲道。“我们假设有更多的沉积物时，河流改道会更加频繁，褶皱会有更多部分被夷为斜面。”

15平方米的河流试验台能够在机械驱动下逐步“生长”褶皱，小的“河流”流经其中形成侵蚀。

通量、水通量和河流迁移的情况可以导致这种侵蚀。在单一实验运行超过100小时期间，随着水流经过，褶皱作用快速提高。"

Burbank 说：“我们认为褶皱均夷程度，并不是简单地‘河流’纵向下切，而是由河流迁移性决定的，即在试验台上河道能多快地反复改道。此外，我们认为迁移性很可能和沉积物与水比例的有关：沉积物越多，改道越快。事实上，这也是实验呈现出的。”

主要文章来源：

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 论文基本信息

【题目】Earth scientists untangle the curious landscape of China's TarimBasin using a model simulation of ancient events

【作者】Aaron Bufe et al

【刊期】Geoscience

【日期】Published 08 August 2016

【doi】 

【摘要】Valleymorphologies of rivers crossing zones of active uplift range from narrowcanyons to broad alluvial surfaces. They provide illuminating examples of thefundamental, but poorly understood, competition between relief creation andlandscape flattening. Motivated by a field example of abandoned kilometre-wide,fluvially eroded platforms on active detachment folds in the Tian Shanforeland, we present physical experiments investigating the controls on thearea of a growing fold that is reworked by antecedent rivers. These experimentsreproduce the range of observed field morphologies, varying from wholesalebevelling of the uplifting fold to the formation of narrow, steep-walledcanyons. A log-linear fit to a simple dimensionless parameter shows that the competitionbetween lateral channel mobility and rock-uplift rate explains >95% of thevariance in the bevelled fraction of the folds. Our data suggest that lateralbedrock erosion rates of 0.5–40myr−1 are required to explain the formation ofextensive platforms in the Tian Shan foreland and imply that varying waterand sediment fluxes can cause striking changes in the degree of landscapeflattening by influencing the lateral erosion rate.

【原文链接】

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