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青藏高原中部 4700萬年前是一片亞熱帶森林?

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羣。受訪者供圖

  日前,中國與尼泊爾兩國向全世界正式宣佈,珠穆朗瑪峯的最新高程為8848.86米。

  珠穆朗瑪峯以及與之相鄰的青藏高原的崛起並非一蹴而就。長期以來,青藏高原地表抬升歷史,是新生代以來眾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。在漫長的抬升過程中,有大量的謎題:在青藏高原隆起到現有高度之前,那裏到底是什麼樣的?在“高冷”的青藏高原,數千萬年前真的曾藏着一個温熱的“香格里拉”?

  12月7日,美國《國家科學院院刊》首次發佈了我國科學家關於4700萬年前青藏高原中部的一項重要“探祕”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羣

  青藏高原中部,平均海拔4600米以上,是一片廣袤的高寒荒蕪之地,卻是認識青藏高原形成過程的關鍵地區,長期以來備受地球科學和生命科學領域的關注。儘管經歷了幾十年的調查,青藏高原的地貌演化細節仍不清楚。

  “為什麼要研究青藏高原?因為青藏高原的形成,是新生代全球最重要的地質事件,改變了我們亞洲的地形地貌,也塑造了亞洲的季風氣候,以及現在的生物多樣性分佈格局。”中國科學院西雙版納熱帶植物園蘇濤研究員開門見山地説,青藏高原是非常重要的一個研究區域,不僅對地質學、生物學等各個學科都非常重要,人們關注的高原隆升時間跟隆升方式,也是青藏高原研究的焦點。

  “作為地球上最年輕、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。然而對於喜馬拉雅山的隆升歷史及機制,仍存在爭議。”中國科學院昆明動物研究所車靜研究員説。

  目前,關於喜馬拉雅山脈隆升歷史的主要假説有兩個:一是近期隆升假説,該假説得到了水文學和熱學證據的支持,認為喜馬拉雅山直到上新世中期才達到現有高度;二是漸進式隆升假説,該假説認為喜馬拉雅山在古新世晚期就已經開始隆升,但前期抬升較為緩慢,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產物,是探討高原生物多樣性演變歷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歷史,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,發現了棕櫚、攀鱸、水黽等化石類羣,種類非常豐富,這些類羣在現在的青藏高原中部不復存在。

  近期,由中國科學院西雙版納熱帶植物園古生態組和中國科學院古脊椎動物與古人類研究所共同組織的“第二次青藏高原綜合科學考察研究”古生物科考隊,聯合國內外多家科研院所,在曠野的風霜中,在強烈的高原紫外線條件下,開展了大量野外工作及相關研究。

  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,發現產化石的層位共有5層,種類非常豐富。這是迄今為止高原上發現的物種最豐富的新生代化石植物羣。”蘇濤説,這一發現,意味着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羣,屬於古新統至始新統牛堡組,位於現海拔4850米,地處青藏高原中部“班公湖—怒江縫合帶”。

  “在這套地層的多個層位中,我們發現了大量植物化石,包括葉片、果實、種子、花、地下塊莖等,共劃分為70餘個形態類型,這是迄今青藏高原發現的物種最為豐富的新生代植物羣。”蘇濤向科技日報記者介紹,通過鈾-鉛法放射性同位素測定,蔣浪植物羣的絕對地質年代約為4700萬年。

  “蔣浪植物羣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羣有着很高的相似性。”中國科學院西雙版納熱帶植物園周浙昆研究員告訴記者,這個植物羣的不少種類,如兔耳果屬、椿榆屬、金魚藻屬、臭椿屬等,都是這些類羣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,甚至是該類羣目前已知的全球最早化石記錄。

  “這些化石類羣的發現,表明青藏高原是周邊地區植物多樣性的重要源頭之一。”蘇濤説,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,蔣浪植物羣中,有很多類羣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。”蘇濤説。

  與同時期的植物羣比較發現,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,也就是説植物種類具有較高的相似性。其中,和美國綠河生物羣的物種相似度最高,其次是德國麥瑟爾生物羣,例如兔耳果屬、臭椿屬、椿榆屬在三個植物羣中同時出現,説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温暖濕潤

  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係知之甚少。

  除了關注古植物本身,蘇濤他們還把目光鎖定在青藏高原地質時期的環境變化上,而“會説話的化石”,不僅記錄了地質時期青藏高原生物區系的多種成分,還可量化當時的温度、降雨量等氣候指標,為4000多萬年前隱藏在青藏高原中部的“香格里拉”生態系統的古氣候面貌提供了最直接的證據。

  “通過葉片的形態特徵與氣候的相關性,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為1500米。”周浙昆説,他們利用氣候—葉片多變量分析程序,對化石植物羣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温暖濕潤的季風氣候,該地區既低又濕,年均温度約為19攝氏度。

  周浙昆、蘇濤團隊還利用熱力學原理,重建了植物羣的古海拔,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櫚化石證據,中央谷地在經歷了2000餘萬年之後,由於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;而不同板塊形成的歷史不盡相同。這個山谷及其所佔據的生態系統,一直持續到中新世才逐漸結束。

  “這項研究也為探討高原的形成過程提供了重要的古生物學依據。”周浙昆提示説,今後研究青藏高原生物多樣性演變歷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)