网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Science:科罗拉多河何时贯通大峡谷?——比达霍奇盆地记录支持湖泊溢流成峡假说

0
分享至

大峡谷何时形成、科罗拉多河又如何贯通整个峡谷体系,是北美地貌演化研究中长期悬而未决的经典问题。现有研究表明,约 11 Ma(百万年前)时科罗拉多河已存在于上游地区,而它真正穿出大峡谷、进入下游盆地体系的时间则晚于 5.6 Ma。由此引出一个关键问题:在这数百万年的过渡阶段,科罗拉多河究竟流向何处,又通过什么机制最终贯通大峡谷?围绕这一问题,学界先后提出岩溶盗蚀、地下水侵蚀、溯源侵蚀和湖泊溢流等多种假说,但始终缺乏足够一致的证据约束。

近日,来自加州大学洛杉矶分校的John He博士和美国地质调查局等机构的研究人员在 Science 发表论文,以亚利桑那州东北部比达霍奇盆地(Bidahochi Basin)的晚中新世地层为对象,提出了一组新的关键证据。研究表明,具有明确上游科罗拉多河—格林河(Green River)系统特征的沉积物,最迟在约 6.6 Ma 时已经进入比达霍奇盆地。与此同时,盆地沉积速率显著升高,碳酸盐岩锶同位素比值上升,并出现了指示较强流水环境的大型鱼类化石。这些结果共同说明,在科罗拉多河真正穿越大峡谷之前,它已持续向比达霍奇盆地输送水体和沉积物,从而为“湖泊溢流成峡”假说提供了关键支持(图1)。



图1 研究区位置及相关沉积单元分布。图中展示了比达霍奇盆地、大峡谷、凯巴布隆起以及多条已提出的古科罗拉多河路径和关键样点位置,是理解该研究空间格局和争议背景的基础

这项研究最重要的突破首先来自碎屑锆石 U-Pb 年代学提供的物源约束。研究团队对比达霍奇组(Bidahochi Formation)不同层位的火山灰和砂岩样品开展系统定年,发现上部比达霍奇组中出现了大量 40-25 Ma 的渐新世锆石年龄峰,而这一特征在下部比达霍奇组中几乎缺失。进一步对比显示,该年龄谱与已知的古下游科罗拉多河沉积物高度相似,却难以由盆地附近的局地火山源解释,因此被视为上游科罗拉多河物源进入盆地的关键“指纹”。统计结果进一步表明,上部比达霍奇组在物源特征上明显更接近下游古科罗拉多河沉积,而与其下伏的下部比达霍奇组存在显著差异。

除物源变化外,地层和沉积环境的同步转变同样支持这一判断。上部比达霍奇组的沉积速率达到 100-400 m/Myr,而下部比达霍奇组多数时期仅为 10-20 m/Myr,增幅超过一个数量级。与此同时,盆地碳酸盐岩的锶同位素比值升高,沉积相由底部以粉砂质—泥质沉积为主,逐渐过渡为顶部横向连续的板状砂岩层,表现出受大型河流补给的湖泊—三角洲体系特征(图2)。部分鱼类化石还显示出适应较强流水环境的形态特征,进一步表明晚中新世的比达霍奇盆地并非孤立、低能的封闭湖盆,而很可能已处于大型河流系统的持续补给之下。



图2 比达霍奇组地层框架、沉积 速率及锶同位素变化。该图将上、下部比达霍奇组的沉积相、沉积速率和锶同位素变化置于同一框架下,直 观显示出约6.6 Ma前后盆地沉积体系发生的整体跃迁,是支撑新水系接入的关键证据

该研究的另一项重要意义,在于重新评估古湖是否足以越过凯巴布隆起(Kaibab arch)这一长期争议。作者指出,上部比达霍奇组现今残留地层分布在约 1805-2250 m 的高程范围内,其中最高处还保留有可指示古湖水面的滨岸砂和顶盖状钙华。结合地层关系,研究认为这些证据支持一个向西扩展、并贴靠盆地西侧地形障壁的湖泊存在。按照作者估算,凯巴布隆起上可能的溢流门槛与最高湖相沉积高程之间差距并不大,因此“湖水高度不足以溢流”这一传统反对意见并不成立。

年代学结果还表明,科罗拉多河流入比达霍奇盆地至少持续到约 6 Ma,而下游地区明确带有科罗拉多河信号的沉积物则直到 5.6 Ma 之后、甚至可能晚至 4.8 Ma 才出现。这意味着,科罗拉多河可能先进入比达霍奇盆地,经过一段时间的盆地充填与水系调整后,才最终完成向下游的贯通。该研究据此提出,湖泊溢流很可能是建立科罗拉多河穿越大峡谷路线的关键机制之一,但这并不意味着大峡谷是由一次灾变式洪水瞬间切开。更合理的解释是,溢流首先建立了河流通道,随后长期的常规河流下切逐步塑造出今天的大峡谷地貌(图3)。


图3 约6.5 Ma的古地形重建及河流—湖盆体系示意。该图综合展示了晚中新世相关盆地、沉积单元及可能的河流连接关系,为“先进入盆地、后发生溢流并向下游整合”的解释提供了直观的古地理背景

总体而言,该研究通过碎屑锆石年代学、火山灰定年、锶同位素、沉积速率、沉积相变化和古生物记录等多重证据,证实了晚中新世科罗拉多河已抵达比达霍奇盆地,并后续通过湖泊溢流参与大峡谷水系贯通。尽管早期古峡谷是否已经存在、区域构造和动力地形如何参与这一过程等问题仍有待进一步研究,但这项成果推动了大峡谷形成机制这一经典问题的研究进展,也为理解大陆尺度河流系统的逐级整合提供了新的地层学证据。

主要参考文献

He J J Y, Crow R S, Douglass J, et al. Late Miocene Colorado River arrival in the Bidahochi basin supports spillover origin of Grand Canyon[J]. Science, 2026, 392: 289-295.

Flowers R M, Farley K A. Apatite 4He/3He and (U-Th)/He evidence for an ancient Grand Canyon [J].Science, 2012, 338: 1616–1619.

Karlstrom K E, Lee J P, Kelly S A, et al. Formation of the Grand Canyon 5 to 6 million years ago through integration of older palaeocanyons [J].Nature Geoscience, 2014, 7: 239–244.

Polyak V, Hill C, Asmerom Y. Age and evolution of the Grand Canyon revealed by U-Pb dating of water table-type speleothems[J].Science, 2008, 319: 1377–1380.

(撰稿:王友伟、许晨曦/环境演变与碳循环学科中心)

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
有儿子的家庭一个忠告:找儿媳一定要慎重千万别找冷冷不爱说话的

有儿子的家庭一个忠告:找儿媳一定要慎重千万别找冷冷不爱说话的

枫红染山径
2026-09-16 01:27:29
物理学一个"熵"的概念,竟让我彻底戒掉手机瘾!看完你也会放下

物理学一个"熵"的概念,竟让我彻底戒掉手机瘾!看完你也会放下

阿胖读书
2026-09-15 21:55:59
《交锋》林看山被逼重回险境,最大黑马陈乐园身份彻底藏不住了

《交锋》林看山被逼重回险境,最大黑马陈乐园身份彻底藏不住了

野路乐熊
2026-09-16 19:16:31
其实,刘翔的命运,在他发出动态“妥协”之前,就已经注定了

其实,刘翔的命运,在他发出动态“妥协”之前,就已经注定了

电影烂番茄
2026-09-15 21:28:18
泰国版释永信翻车,最魔幻的还是那张橙色的餐桌

泰国版释永信翻车,最魔幻的还是那张橙色的餐桌

历史总在押韵
2026-09-12 17:21:45
脸都不要了!湖南洞口孩子买了50元学平险,结果真得癌了,谁料保险公司翻出国际疾病分类,说编码不对,不符合“恶性肿瘤-重度”条款

脸都不要了!湖南洞口孩子买了50元学平险,结果真得癌了,谁料保险公司翻出国际疾病分类,说编码不对,不符合“恶性肿瘤-重度”条款

火山詩话
2026-09-10 10:40:36
央视直播亚运女足时间表:9月17日,CCTV5+直播中国冲击两连胜

央视直播亚运女足时间表:9月17日,CCTV5+直播中国冲击两连胜

薇说体育
2026-09-16 15:05:38
简直就是奇迹:美国林肯号航母5000多大兵在芭堤雅疯狂玩了5天,竟然仅有2个打架的!

简直就是奇迹:美国林肯号航母5000多大兵在芭堤雅疯狂玩了5天,竟然仅有2个打架的!

步论天下事
2026-09-07 09:40:52
交锋:李凤歌害死蒋在珍,泄露春雷行动,为何没出卖何春晓与锦兰

交锋:李凤歌害死蒋在珍,泄露春雷行动,为何没出卖何春晓与锦兰

李橑在北漂
2026-09-16 19:19:43
新政出台后,没看到“金九银十”,却看到高层小区被率先踢出局

新政出台后,没看到“金九银十”,却看到高层小区被率先踢出局

装修秀
2026-09-16 10:30:07
上甘岭“枪神”高良伦,一战歼敌246人,晚年无奈卖军功章谋生

上甘岭“枪神”高良伦,一战歼敌246人,晚年无奈卖军功章谋生

芊芊子吟
2026-09-16 18:55:05
一人毁掉整部剧!央视《交锋》的“关系户”演员,看着让人难受

一人毁掉整部剧!央视《交锋》的“关系户”演员,看着让人难受

陈述影视
2026-09-15 23:03:42
碾压卡里克!曼联锁定欧洲最佳少帅!他可以重建红魔

碾压卡里克!曼联锁定欧洲最佳少帅!他可以重建红魔

澜归序
2026-09-16 09:59:39
别再喊什么“收复”台湾了!9月8日,外交部发言人毛宁当着全世界的面把话挑明:联大第2758号决议白纸黑字写得清清楚楚......

别再喊什么“收复”台湾了!9月8日,外交部发言人毛宁当着全世界的面把话挑明:联大第2758号决议白纸黑字写得清清楚楚......

回京历史梦
2026-09-15 17:01:58
随着沙特78-87,亚运男篮四强已诞生3席:2大东亚劲旅在列

随着沙特78-87,亚运男篮四强已诞生3席:2大东亚劲旅在列

侧身凌空斩
2026-09-16 16:53:37
30万斤堆积如山,树上6万斤无人问津,低价卖不动,农民满心无奈

30万斤堆积如山,树上6万斤无人问津,低价卖不动,农民满心无奈

三农雷哥
2026-09-05 12:16:13
显亮白的藏蓝泳衣,这身板还挺争气!

显亮白的藏蓝泳衣,这身板还挺争气!

飛尚日记
2026-09-04 08:45:48
斯大林接到志愿军伤亡惨重的密电后,脸色骤变,当即怒令部下:立刻将36个师的武器装备装车,火速运往彭德怀前线。

斯大林接到志愿军伤亡惨重的密电后,脸色骤变,当即怒令部下:立刻将36个师的武器装备装车,火速运往彭德怀前线。

人生录
2026-09-12 10:37:44
60岁老帅再出山,他曾执教广州和新疆

60岁老帅再出山,他曾执教广州和新疆

赛场名场面
2026-09-15 18:57:50
吐血!从6万+到2万,万博业主都懵了

吐血!从6万+到2万,万博业主都懵了

楼市灭霸
2026-09-16 19:34:48
2026-09-16 22:44:49
中科院地质地球所 incentive-icons
中科院地质地球所
地球科学科普平台
1050文章数 151180关注度
往期回顾 全部

头条要闻

父亲遛狗2岁娃独留家中从18楼坠亡 父亲发声:我很愧疚

头条要闻

父亲遛狗2岁娃独留家中从18楼坠亡 父亲发声:我很愧疚

体育要闻

对话西甲联盟高管:西班牙足球到底强在哪?

娱乐要闻

乔任梁去世十周年,陈乔恩悼念

财经要闻

邢自强:中美AI决胜点不在算力

科技要闻

赛力斯接管问界,撑得住华为给的身价吗?

汽车要闻

零跑汽车朱江明:能赚钱的机器人 我们才拿的出手

态度原创

家居
亲子
数码
公开课
军事航空

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

亲子要闻

奥司他韦必须吃5天?不同年龄儿童怎么服药?一文厘清

数码要闻

RTX 5090保修申请因序列号褪色遭拒 英伟达售后服务引发争议

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

中东美军基地遭伊朗袭击后照片被披露

无障碍浏览 进入关怀版