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纳木措的形成，是与青藏高原及喜马拉雅的隆起密切相关的。至今，我们仍可以在纳木措湖岸，清晰地看见这一剧烈的地质运动所带来的印记。

纳木措是藏北高原内陆湖的典型代表。21世纪初，国土资源大调查项目对纳木措地区的第四纪环境演变展开了全面和细致的调查研究。研究表明，在大约6500万年至260万年，也就是地质年代所说的古近纪和新近纪时期，在印度板块和欧亚板块挤压的外力作用下，喜马拉雅山脉缓慢隆起；在这一外力下，形成了一系列山脉的皱褶式隆起和凹陷，而念青唐古拉山北麓的凹陷，形成了纳木措。

青藏高原地区在告别海洋的四千万年间，历经三次隆起、两次夷平：约在三千万年前，新高地已距海平面两千米，停歇了，并缓慢剥蚀降低；第二次隆升约从两千万年前开始，持续约五百万年，此次运动造就了喜马拉雅山脉。之后再经历了一个下降过程。直到三百六十万年前，青藏地区在一个高不过千米的巨大平原上，重新开始了持续至今的整体的、快速的抬升。而纳木措正是第三纪末和第四纪初，在喜马拉雅运动中凹陷而形成的。为断陷构造湖，并具冰川作用的痕迹。

曾经的纳木措，以及散落在藏北高原上南部的众湖，连为一体，是一个超级大湖。在如今纳木措的西北角保吉乡方向，连接纳木措与其西的仁措-久如措的雄曲-那曲谷地分水岭地段，可以看见大片明显的湖相沉积与湖岸阶地。这些湖岸阶地，是因为湖岸地带湖水作用形成的一级又一级的阶梯状地形，如同湖泊在消长过程中在大地上刻下的年轮，沿着湖心由外向内，由高至低形成同心圆，默默讲述着湖泊的演变历史。通过对纳木措湖岸阶地的研究，科研工作者推测，在距今大约40至25千年以前，纳木措与其西的仁措-久如措，在纳木措的3级与2级湖岸阶地形成时期，确实是互相连通的大湖。科研人员甚至推论，在纳木措的3级阶地与2级阶地形成时期，纳木措与色林措也相互连通。

在这两个时期，以及纳木措4级阶地与更高的湖相沉积物堆积时期，是藏北高原南部古大湖发育的几个高湖面阶段。其中最高的湖面阶段，纳木措与申措及藏北高原东南部的大多数古湖，如古色林措、古格仁措、古吴如措、古昂孜措等，都是相连通的，可称为“古羌塘东湖”。而藏北高原西南部的古当惹措、古扎日南木措、古塔若措、古扎布耶、古洞措等也是相互连通的，可称为“古羌塘西湖”。甚至在某个时段，“古羌塘东湖”与“古羌塘西湖”也一度相通，是真正的“古羌塘湖”。

但这一地理景观，后因西藏高原气候的逐渐干燥，发生了沧海桑田式的巨变，古湖退缩，各湖显露出来，很长的一段时间里，这些湖都一直在大为缩减。以纳木措为例，现存的古湖岩线有8至10道，最高一道距现在的湖面约80余米。然而近年来，这一情况又悄然发生着变化，因为包括纳木措、色林措在内的许多大湖，水位均已迅速上涨，湖泊面积也在逐步扩大。由于上涨速度更快，色林措已经取代纳木措，成了西藏面积最大的湖泊。而科研表明，流域内降水增长，气温显著上升以及其引起的冰川融水增加是造成湖泊扩张的重要原因。从百年尺度的气候变化看，整个青藏高原在20世纪60-80年代为冷期，而80年代以来进入一个气温持续偏高的时期。

念青唐古拉山脉位于青藏高原的中南部，处于南亚季风暖湿气流进入高原的通道上。由于念青唐古拉山脉巨大地形的影响，纳木措南、北两岸的气候条件差异较大，南岸较湿润，土壤属毡状草甸土；北岸相对干旱，属干旱草原土，是藏北高原土壤的典型代表。 在念青唐古拉的北侧，纳木措的南岸，流淌着无数细小的河流和溪流，被称为“辫梳状河流”，而在纳木措的西部，分布着沼泽和较大的河流，是良好的牧场。北岸河流不多，以山地为主，有湿地的地方，就会分布着村落。

纳木措流域是青藏高原东部高寒草甸和羌塘高寒草原的过渡区，流域内山地缓坡和平原地区主要分布有紫花针茅为建群种的高寒草原，湖边、溪流边，水分条件好的阴坡及海拔5200米以上的高山地区分布有高寒草甸，以及零星分布的高山灌丛和沼泽草甸，特别是高寒草甸和高寒草原呈犬牙交错分布，因此纳木措周边分布着众多天然牧场。这里的生态系统结构简单，具有高度的自然性、稀有性、脆弱性和代表性，区域性特有生物较多。

纳木措的水生植物有三类，纳木措的东、西湖滨草原与湖体交换的泻湖区，有数量不多的大型水生维管束植物，主要为沉水植物，包括红线草、小茨藻群系、梅花藻群系、黄花水毛茛等，多为建群成分；其次为挺水植物；浮水植物最少，基本都是伴生成分如浮叶眼子菜、茨藻、杉叶莲、莲草等。在东岸和西岸河流入湖口附近形成较大面积的湿地植被，其中沼泽地中以藏北嵩草、华扁穗草为优势种，湖边浅水以蓖齿眼子菜和黄花水毛茛为优势种。纳木措周边沼泽群落草丛茂密、种类丰富，除了上述种群外，还有莎草科、毛茛科、报春花科等植物30余种。值得一提的是在北岸措甲那湖附近，沿山坡分布着大量的香柏群，树龄最长的高达300年。

在纳木措流域和其河流上，生活着特有的高原鱼类——拉萨裸裂尻鱼。由于纳木措属封闭的内陆湖泊，拉萨裸裂尻鱼在入湖河流或湖区内完成整个生活史。另外，在湖区还发现有纳木措裸鲤、异尾高原鳅、小头裸裂尻鱼和长鳍条鳅等鱼类，均为青藏高原特有种。

纳木措还为众多水禽提供了良好的栖息环境。数量占优的是留鸟，主要有棕头鸥、斑头雁、赤麻鸭、秋沙鸭等。良好的自然环境，也为许多迁徙水禽提供了重要繁殖地。在纳木措西岸的沼泽地带，还生活着黑颈鹤，是纳木措沼泽地唯一的鹤类，也是国家一级重点保护动物，在湖东岸沼泽区有繁殖群，主要有赤麻鸭和斑头雁等。

由于有鸟类和小型啮齿类动物，所以这个地区也出没狼和狐狸等食肉性动物，形成多样性的生物圈。此外，在湖区北岸通往羌塘的腹地，还生活着棕熊、猞猁、野牦牛、藏羚羊、西藏野驴、雪豹等国家重点保护野生动物。