平均海拔4600米以上的青藏高原中部，現(xiàn)在是一片高寒荒蕪之地。青藏高原如何抬升到現(xiàn)有高度，許多演化細節(jié)仍不清楚。我科學家最近發(fā)現(xiàn)的蔣浪植物化石群，刷新了人們對青藏高原的認知——
高冷的青藏高原中部 4700萬年前是一片亞熱帶森林？
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為8848.86米。
珠穆朗瑪峰以及與之相鄰的青藏高原的崛起并非一蹴而就。長期以來，青藏高原地表抬升歷史，是新生代以來眾多地質(zhì)事件和氣候環(huán)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(xiàn)有高度之前，那里到底是什么樣的?在“高冷”的青藏高原，數(shù)千萬年前真的曾藏著一個溫熱的“香格里拉”?
12月7日，美國《國家科學院院刊》首次發(fā)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(fā)現(xiàn)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(qū)，長期以來備受地球科學和生命科學領域的關注。盡管經(jīng)歷了幾十年的調(diào)查，青藏高原的地貌演化細節(jié)仍不清楚。
“為什么要研究青藏高原?因為青藏高原的形成，是新生代全球最重要的地質(zhì)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(xiàn)在的生物多樣性分布格局。”中國科學院西雙版納熱帶植物園蘇濤研究員開門見山地說，青藏高原是非常重要的一個研究區(qū)域，不僅對地質(zhì)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。然而對于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說。
目前，關于喜馬拉雅山脈隆升歷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(jù)的支持，認為喜馬拉雅山直到上新世中期才達到現(xiàn)有高度;二是漸進式隆升假說，該假說認為喜馬拉雅山在古新世晚期就已經(jīng)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(xiàn)在的高度。
而化石是生物與環(huán)境在漫長地質(zhì)時期協(xié)同演化的產(chǎn)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(jù)。通過研究化石，科學家可以認識地質(zhì)時期的生物多樣性歷史，及其環(huán)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(fā)現(xiàn)了棕櫚、攀鱸、水黽等化石類群，種類非常豐富，這些類群在現(xiàn)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(tài)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(lián)合國內(nèi)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巖中有了重大發(fā)現(xiàn)。“經(jīng)過我們對整套出露地層的踏勘，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)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(fā)現(xiàn)的物種最豐富的新生代化石植物群。”蘇濤說，這一發(fā)現(xiàn)，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(qū)系有過密切交流
蘇濤他們此次發(fā)現(xiàn)的蔣浪植物群，屬于古新統(tǒng)至始新統(tǒng)牛堡組，位于現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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余個形態(tài)類型，這是迄今青藏高原發(fā)現(xiàn)的物種最為豐富的新生代植物群。”蘇濤向科技日報記者介紹，通過鈾-鉛法放射性同位素測定，蔣浪植物群的絕對地質(zhì)年代約為4700萬年。
“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(fā)現(xiàn)，表明青藏高原是周邊地區(qū)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(qū)，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?nèi)ノ麟p版納植物園上班的路上，居然發(fā)現(xiàn)了與其現(xiàn)生對應的種子，形態(tài)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(fā)現(xiàn)，青藏高原在中始新世與北半球其他地區(qū)具有相似的植物區(qū)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(xiàn)，說明當時青藏高原與北半球的其他地區(qū)存在密切的區(qū)系交流。
古氣候重建表明這里曾溫暖濕潤
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復雜關系知之甚少。
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(zhì)時期的環(huán)境變化上，而“會說話的化石”，不僅記錄了地質(zhì)時期青藏高原生物區(qū)系的多種成分，還可量化當時的溫度、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(tài)系統(tǒng)的古氣候面貌提供了最直接的證據(jù)。
“通過葉片的形態(tài)特征與氣候的相關性，并結合熱力學原理，我們定量計算出4700萬年前青藏高原中部的古環(huán)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(qū)既低又濕，年均溫度約為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(tài)組前期發(fā)表的棕櫚化石證據(jù)，中央谷地在經(jīng)歷了2000余萬年之后，由于北向擠壓和剝蝕填充，到了中新世才逐漸形成現(xiàn)在的高原。
蘇濤介紹，青藏高原本身結構很復雜，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。這個山谷及其所占據(jù)的生態(tài)系統(tǒng)，一直持續(xù)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(jù)。”周浙昆提示說，今后研究青藏高原生物多樣性演變歷史與古環(huán)境變化過程，需要考慮青藏高原形成過程的差異性和復雜性。
