高冷的青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?

平均海拔4600米以上的青藏高原中部,现在是一片高寒荒芜之地。青藏高原如何抬升到现有高度,许多演化细节仍不清楚。我科学家最近发现的蒋浪植物化石群,刷新了人们对青藏高原的认知——

高冷的青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?

高冷的青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?

↑视觉中国供图

高冷的青藏高原中部 4700万年前是一片亚热带森林?

↑青藏高原中部班戈县中始新世种类丰富的化石植物类群。受访者供图

日前,中国与尼泊尔两国向全世界正式宣布,珠穆朗玛峰的最新高程为8848.86米。

珠穆朗玛峰以及与之相邻的青藏高原的崛起并非一蹴而就。长期以来,青藏高原地表抬升历史,是新生代以来众多地质事件和气候环境事件的边界条件,也是青藏高原研究的热点和难点。在漫长的抬升过程中,有大量的谜题:在青藏高原隆起到现有高度之前,那里到底是什么样的?在“高冷”的青藏高原,数千万年前真的曾藏着一个温热的“香格里拉”?

12月7日,美国《国家科学院院刊》首次发布了我国科学家关于4700万年前青藏高原中部的一项重要“探秘”成果,弥补了此前认知和研究的大量空白。

发现古近纪最丰富植物化石群

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关注。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,人们关注的高原隆升时间跟隆升方式,也是青藏高原研究的焦点。

“作为地球上最年轻、最高的山脉,喜马拉雅山脉是由印度次大陆与欧亚板块碰撞形成的。然而对于喜马拉雅山的隆升历史及机制,仍存在争议。”中国科学院昆明动物研究所车静研究员说。

目前,关于喜马拉雅山脉隆升历史的主要假说有两个:一是近期隆升假说,该假说得到了水文学和热学证据的支持,认为喜马拉雅山直到上新世中期才达到现有高度;二是渐进式隆升假说,该假说认为喜马拉雅山在古新世晚期就已经开始隆升,但前期抬升较为缓慢,直到中新世才开始快速隆升继而达到现在的高度。

而化石是生物与环境在漫长地质时期协同演化的产物,是探讨高原生物多样性演变历史以及高原形成过程的关键证据。通过研究化石,科学家可以认识地质时期的生物多样性历史,及其环境变化过程。

近10年来,中国科学家通过大量的青藏高原野外工作,发现了棕榈、攀鲈、水黾等化石类群,种类非常丰富,这些类群在现在的青藏高原中部不复存在。

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“第二次青藏高原综合科学考察研究”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。

功夫不负有心人。不久前,在青藏高原中部的那曲市班戈盆地一个叫蒋浪的地点进行科考时,科考队在一套灰色泥岩中有了重大发现。“经过我们对整套出露地层的踏勘,发现产化石的层位共有5层,种类非常丰富。这是迄今为止高原上发现的物种最丰富的新生代化石植物群。”苏涛说,这一发现,意味着青藏高原古近纪具有丰富的、与今天截然不同的植物多样性。

与北半球植物区系有过密切交流

苏涛他们此次发现的蒋浪植物群,属于古新统至始新统牛堡组,位于现海拔4850米,地处青藏高原中部“班公湖—怒江缝合带”。

“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。”苏涛向科技日报记者介绍,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。

“蒋浪植物群的很多植物种类是青藏高原乃至亚洲最早的化石记录,和北半球同时期的植物群有着很高的相似性。”中国科学院西双版纳热带植物园周浙昆研究员告诉记者,这个植物群的不少种类,如兔耳果属、椿榆属、金鱼藻属、臭椿属等,都是这些类群在青藏高原乃至亚洲最早的化石记录;一些种类,如翼核果族,甚至是该类群目前已知的全球最早化石记录。

“这些化石类群的发现,表明青藏高原是周边地区植物多样性的重要源头之一。”苏涛说,其生物多样性对青藏高原及周边地区,例如东南亚、甚至对整个亚洲的生物多样性的贡献是非常大的。

非常有意思的是,蒋浪植物群中,有很多类群在如今的西双版纳热带植物园中居然能找到,一些种子及果实都能与古老的化石对应起来。“比如有一种萝藦亚科的种子,当时我们还不知道它的分类学位置,有一次非常偶然的机会,在我们去西双版纳植物园上班的路上,居然发现了与其现生对应的种子,形态非常匹配。这表明,在4700多万年前,青藏高原中部应该是偏热带、亚热带的气候类型。”苏涛说。

与同时期的植物群比较发现,青藏高原在中始新世与北半球其他地区具有相似的植物区系组成,也就是说植物种类具有较高的相似性。其中,和美国绿河生物群的物种相似度最高,其次是德国麦瑟尔生物群,例如兔耳果属、臭椿属、椿榆属在三个植物群中同时出现,说明当时青藏高原与北半球的其他地区存在密切的区系交流。

古气候重建表明这里曾温暖湿润

长期以来,人们对青藏高原地形地貌以及亚洲季风和生物多样性之间的复杂关系知之甚少。

除了关注古植物本身,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。

“通过叶片的形态特征与气候的相关性,并结合热力学原理,我们定量计算出4700万年前青藏高原中部的古环境:在季风气候下,东西向中央谷地森林的生长海拔约为1500米。”周浙昆说,他们利用气候—叶片多变量分析程序,对化石植物群的古气候定量进行重建,结果表明,中始新世青藏高原中部存在温暖湿润的季风气候,该地区既低又湿,年均温度约为19摄氏度。

周浙昆、苏涛团队还利用热力学原理,重建了植物群的古海拔,表明当时青藏高原中部存在海拔不超过1500米的东西向中央谷地,南北两侧分别是冈底斯山和羌塘山脉,这也得到了模型模拟结果的支持。结合古生态组前期发表的棕榈化石证据,中央谷地在经历了2000余万年之后,由于北向挤压和剥蚀填充,到了中新世才逐渐形成现在的高原。

苏涛介绍,青藏高原本身结构很复杂,它是由不同的板块拼接而成的;而不同板块形成的历史不尽相同。这个山谷及其所占据的生态系统,一直持续到中新世才逐渐结束。

“这项研究也为探讨高原的形成过程提供了重要的古生物学依据。”周浙昆提示说,今后研究青藏高原生物多样性演变历史与古环境变化过程,需要考虑青藏高原形成过程的差异性和复杂性。(记者 赵汉斌)

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