稻城如何从沙漠到香格里拉?科学家揭秘青藏高原东部隆升史

中新网北京10月31日电 (记者孙自法)作为著名小说《消失的地平线》中香格里拉的原型,四川省甘孜州的稻城亚丁位于青藏高原东部横断山腹地,如今平均海拔3700米,其壮观旖旎的高山森林景观引人入胜。

不过,科考证据表明,以稻城香格里拉为代表的青藏高原东部高海拔森林远古时期曾是一片低地沙漠,直到3400万年前才转变为现今的模样。那么,是什么力量驱使亚洲季风渗透到这个地区,绿化了这片沙漠,使之成为世界级的生物多样性中心?

中国科学院青藏高原研究所(中科院青藏高原所)丁林院士领衔该所碰撞隆升及影响团队,并联合英国开放大学、布里斯托大学等国外同行,近日在《科学通报》(Science Bulletin)上发表最新完成的青藏高原东部隆升历史研究成果论文,揭秘稻城香格里拉的“前世今生”。

论文通讯作者丁林院士指出,青藏高原东部海拔高、地形复杂,受季风影响显著,对气候变化响应敏感,拥有全球最重要的生物多样性热点之一——横断山生物多样性热点。

本次研究中,研究团队2018-2020年连续3年考察青藏高原东部稻城附近的热鲁盆地,开展细致的地质填图和样品采集工作。他们发现,热鲁盆地内部新生代地层发育有从干旱到湿润的连续沉积:地层序列的下部为一套代表着气候炎热干燥的沙漠相冲积扇-风成砂丘沉积;上部为代表着气候相对湿润的湖相和河流相地层,保存有丰富的动植物化石。

研究团队通过重建青藏高原东部5000万-3400万年前、从600米的低海拔沙漠到3500米海拔高山森林的隆升历史,进一步揭示出在距今约5000万-3400万年,一个独特的古亚洲季风系统和以稻城香格里拉为代表的、横断山现代生物多样性热点的形成过程。

丁林表示,“青藏高原东部的隆升是改变东亚气候环境的关键节点,触发了亚洲季风和具有全球意义的区域性生物汇聚与新生”。

论文第一作者、中科院青藏高原所何松林博士介绍说,研究团队利用野外科考发现的6套不同层位的火山灰样品,运用锆石铀铅放射性测年方法,首次建立起热鲁盆地的绝对年代学框架,确定热鲁盆地地层属于5000万-3400万年前的沉积产物。其中,下部地层沉积时代为5000万-4500万年前,上部含植物化石的湖相地层的沉积时代4500万-4000万年前,动物化石所在层位的沉积时代为3900万-3400万年前。

利用古土壤钙结核的团簇同位素温度计与植物化石的气候-叶相多变量分析程序(CLAMP),研究团队重建了热鲁盆地详细的古高度变化历史:5000万-4500万年前,热鲁盆地海拔仅为约600米;4500万-4200万年前,迅速上升至约2000米;4200万-4000万年前,继续上升至海拔约2900米;3900万-3400万年前,进一步上升到约3500米,接近现今平均海拔3700米。

结合团队此前研究,在5000万-3800万年前,中国西藏地区已呈现出“两山夹一盆”的地貌特征:两条东西走向海拔超过4000米的山脉,环绕着一个海拔只有1700米的中央谷地,拥有独立的亚热带生态系统。此次研究表明,随着以热鲁盆地为代表的青藏高原东部在3400万年前上升至接近现今高海拔,封闭了这个中央谷地的东端,从而与冈底斯山脉、中央分水岭山脉共同构成晚始新世西藏地区的高海拔显著地形。

何松林说,通过整合同位素放射性定年、同位素地球化学、关键区域的古生物资料和气候模型,研究团队首次揭示出亚洲季风系统的发展和生物多样性之间的复杂联系。

本次研究中的动物牙齿化石氧同位素与植物化石CLAMP气候数据结果显示,青藏高原东部的隆升推动热带辐合带季风在4500万年前向北渗透,形成与现今季风系统截然不同的始新世亚洲季风气候。结合气候数值模拟显示,青藏高原东部高地显著增加整个东亚的降雨量,主要降水季节为春季和秋季,这与只有一个雨季的现代亚洲季风系统完全不同。研究团队认为,季风演变与不断变化的地貌密切相关,现代亚洲季风是随着不断变化的地形条件和全球地球系统背景下逐渐发展而来。随着青藏高原东部隆升,该区域从一片干热的沙漠演变为一个物种高度多样化的茂盛森林。

中始新世热鲁化石植物群(4500万–4000万年前)。中科院青藏高原所 供图

该团队还在热鲁盆地下部地层中发现高度分化、保存精美的化石植物群,以桉树、帕里宾尼亚和黄连木等为代表,以及以石炭兽、犀牛、雷兽、豫鼠等为代表的化石动物群。虽然物种组成与现今有很大不同,但丰富的动植物多样性表明,横断山特殊的生物多样性在4000万年前已有萌芽,并推动整个东亚生物多样性的现代化进程,这比此前现代生物多样性是中新世产生的结论提前了约2000万年。综合古高度数据和区域资料,研究团队认为,横断山在3400万年前已经形成和现今海拔类似的高山森林景观,并萌生出以稻城香格里拉为代表的横断山生物多样性热点。

论文共同作者、英国开放大学罗伯特·斯派塞(Robert A. Spicer)教授表示,这次青藏高原东部隆升史研究,可以更好地了解季风对未来全球变化的敏感性,以及如何影响生物多样性和生态系统功能。(完)

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