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青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?

來源:科技日報 2020年12月31日 11:27

  青藏高原中部班戈縣中始新世種類豐富的化石植物類群。受訪者供圖

  日前,中國與尼泊爾兩國向全世界正式宣布,珠穆朗瑪峰的最新高程爲8848.86米。

  珠穆朗瑪峰以及與之相鄰的青藏高原的崛起並非一蹴而就。長期以來,青藏高原地表擡升曆史,是新生代以來衆多地質事件和氣候環境事件的邊界條件,也是青藏高原研究的熱點和難點。在漫長的擡升過程中,有大量的謎題:在青藏高原隆起到現有高度之前,那裏到底是什麽樣的?在“高冷”的青藏高原,數千萬年前真的曾藏著一個溫熱的“香格裏拉”?

  12月7日,美國《國家科學院院刊》首次發布了我國科學家關于4700萬年前青藏高原中部的一項重要“探秘”成果,彌補了此前認知和研究的大量空白。

  發現古近紀最豐富植物化石群

  青藏高原中部,平均海拔4600米以上,是一片广袤的高寒荒芜之地,却是认识青藏高原形成过程的关键地区,长期以来备受地球科学和生命科学领域的關注。尽管经历了几十年的调查,青藏高原的地貌演化细节仍不清楚。

  “为什么要研究青藏高原?因为青藏高原的形成,是新生代全球最重要的地质事件,改变了我们亚洲的地形地貌,也塑造了亚洲的季风气候,以及现在的生物多样性分布格局。”中国科学院西双版纳热带植物园苏涛研究员开门见山地说,青藏高原是非常重要的一个研究区域,不仅对地质学、生物学等各个学科都非常重要,人们關注的高原隆升时间跟隆升方式,也是青藏高原研究的焦点。

  “作爲地球上最年輕、最高的山脈,喜馬拉雅山脈是由印度次大陸與歐亞板塊碰撞形成的。然而對于喜馬拉雅山的隆升曆史及機制,仍存在爭議。”中國科學院昆明動物研究所車靜研究員說。

  目前,關于喜馬拉雅山脈隆升曆史的主要假說有兩個:一是近期隆升假說,該假說得到了水文學和熱學證據的支持,認爲喜馬拉雅山直到上新世中期才達到現有高度;二是漸進式隆升假說,該假說認爲喜馬拉雅山在古新世晚期就已經開始隆升,但前期擡升較爲緩慢,直到中新世才開始快速隆升繼而達到現在的高度。

  而化石是生物與環境在漫長地質時期協同演化的産物,是探討高原生物多樣性演變曆史以及高原形成過程的關鍵證據。通過研究化石,科學家可以認識地質時期的生物多樣性曆史,及其環境變化過程。

  近10年來,中國科學家通過大量的青藏高原野外工作,發現了棕榈、攀鲈、水黾等化石類群,種類非常豐富,這些類群在現在的青藏高原中部不複存在。

  近期,由中国科学院西双版纳热带植物园古生态组和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所共同组织的“第二次青藏高原綜合科学考察研究”古生物科考队,联合国内外多家科研院所,在旷野的风霜中,在强烈的高原紫外线条件下,开展了大量野外工作及相关研究。

  功夫不負有心人。不久前,在青藏高原中部的那曲市班戈盆地一個叫蔣浪的地點進行科考時,科考隊在一套灰色泥岩中有了重大發現。“經過我們對整套出露地層的踏勘,發現産化石的層位共有5層,種類非常豐富。這是迄今爲止高原上發現的物種最豐富的新生代化石植物群。”蘇濤說,這一發現,意味著青藏高原古近紀具有豐富的、與今天截然不同的植物多樣性。

  與北半球植物區系有過密切交流

  蘇濤他們此次發現的蔣浪植物群,屬于古新統至始新統牛堡組,位于現海拔4850米,地處青藏高原中部“班公湖—怒江縫合帶”。

  “在这套地层的多个层位中,我们发现了大量植物化石,包括叶片、果实、种子、花、地下块茎等,共划分为70余个形态类型,这是迄今青藏高原发现的物种最为丰富的新生代植物群。”苏涛向科技日報记者介绍,通过铀-铅法放射性同位素测定,蒋浪植物群的绝对地质年代约为4700万年。

  “蔣浪植物群的很多植物種類是青藏高原乃至亞洲最早的化石記錄,和北半球同時期的植物群有著很高的相似性。”中國科學院西雙版納熱帶植物園周浙昆研究員告訴記者,這個植物群的不少種類,如兔耳果屬、椿榆屬、金魚藻屬、臭椿屬等,都是這些類群在青藏高原乃至亞洲最早的化石記錄;一些種類,如翼核果族,甚至是該類群目前已知的全球最早化石記錄。

  “這些化石類群的發現,表明青藏高原是周邊地區植物多樣性的重要源頭之一。”蘇濤說,其生物多樣性對青藏高原及周邊地區,例如東南亞、甚至對整個亞洲的生物多樣性的貢獻是非常大的。

  非常有意思的是,蔣浪植物群中,有很多類群在如今的西雙版納熱帶植物園中居然能找到,一些種子及果實都能與古老的化石對應起來。“比如有一種蘿藦亞科的種子,當時我們還不知道它的分類學位置,有一次非常偶然的機會,在我們去西雙版納植物園上班的路上,居然發現了與其現生對應的種子,形態非常匹配。這表明,在4700多萬年前,青藏高原中部應該是偏熱帶、亞熱帶的氣候類型。”蘇濤說。

  與同時期的植物群比較發現,青藏高原在中始新世與北半球其他地區具有相似的植物區系組成,也就是說植物種類具有較高的相似性。其中,和美國綠河生物群的物種相似度最高,其次是德國麥瑟爾生物群,例如兔耳果屬、臭椿屬、椿榆屬在三個植物群中同時出現,說明當時青藏高原與北半球的其他地區存在密切的區系交流。

  古氣候重建表明這裏曾溫暖濕潤

  長期以來,人們對青藏高原地形地貌以及亞洲季風和生物多樣性之間的複雜關系知之甚少。

  除了關注古植物本身,苏涛他们还把目光锁定在青藏高原地质时期的环境变化上,而“会说话的化石”,不仅记录了地质时期青藏高原生物区系的多种成分,还可量化当时的温度、降雨量等气候指标,为4000多万年前隐藏在青藏高原中部的“香格里拉”生态系统的古气候面貌提供了最直接的证据。

  “通過葉片的形態特征與氣候的相關性,並結合熱力學原理,我們定量計算出4700萬年前青藏高原中部的古環境:在季風氣候下,東西向中央谷地森林的生長海拔約爲1500米。”周浙昆說,他們利用氣候—葉片多變量分析程序,對化石植物群的古氣候定量進行重建,結果表明,中始新世青藏高原中部存在溫暖濕潤的季風氣候,該地區既低又濕,年均溫度約爲19攝氏度。

  周浙昆、蘇濤團隊還利用熱力學原理,重建了植物群的古海拔,表明當時青藏高原中部存在海拔不超過1500米的東西向中央谷地,南北兩側分別是岡底斯山和羌塘山脈,這也得到了模型模擬結果的支持。結合古生態組前期發表的棕榈化石證據,中央谷地在經曆了2000余萬年之後,由于北向擠壓和剝蝕填充,到了中新世才逐漸形成現在的高原。

  蘇濤介紹,青藏高原本身結構很複雜,它是由不同的板塊拼接而成的;而不同板塊形成的曆史不盡相同。這個山谷及其所占據的生態系統,一直持續到中新世才逐漸結束。

  “這項研究也爲探討高原的形成過程提供了重要的古生物學依據。”周浙昆提示說,今後研究青藏高原生物多樣性演變曆史與古環境變化過程,需要考慮青藏高原形成過程的差異性和複雜性。

(責編:王春宇)