中大新聞網(wǎng)訊（通訊員黃康有）北京時(shí)間12月9日，國際權(quán)威期刊Science在線發(fā)表我校地球科學(xué)與工程學(xué)院黃康有、鄭卓團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院和青藏高原研究所等國內(nèi)外多家合作單位完成的、基于孢粉指標(biāo)定量重建青藏高原古高度的最新研究成果。
青藏高原隆升過程對(duì)于理解東亞季風(fēng)環(huán)流、亞洲內(nèi)陸干旱環(huán)境演化、生物多樣性形成等氣候環(huán)境效應(yīng)具有重要科學(xué)意義，高原地表古高度變化歷史則是隆升過程的直接體現(xiàn)。然而，因代用指標(biāo)機(jī)理的復(fù)雜性及所選用研究材料形成環(huán)境的嚴(yán)苛性，現(xiàn)有重建結(jié)果往往差異較大且不連續(xù)，導(dǎo)致至今對(duì)高原隆升古高度演化歷史仍缺乏清晰認(rèn)識(shí)。因此，如何獲取可以相互校驗(yàn)的、連續(xù)的海拔定量重建序列成為解決上述科學(xué)問題的核心難點(diǎn)。孢粉 (孢子和花粉) 作為植物的繁殖組織，可直觀反映受環(huán)境水熱條件調(diào)控的植被組合，且具有產(chǎn)量大、易保存等優(yōu)點(diǎn)，常被用做解讀過去氣候環(huán)境變化的“鑰匙”，有潛力為解決高原古高度爭議提供重要的獨(dú)立判別證據(jù)。
研究團(tuán)隊(duì)利用東亞現(xiàn)代表土孢粉數(shù)據(jù)庫中3088個(gè)點(diǎn)位樣本 (圖1a-b)，選取了生境與海拔密切相關(guān)的四個(gè)山地針葉類型，發(fā)現(xiàn)鐵杉屬（Tsuga）和羅漢松屬(Podocarpus)適宜在山地中低海拔區(qū)域生長，而冷杉屬(Abies) 和云杉屬(Picea)則偏愛中高海拔。在剔除緯度效應(yīng)等影響后，創(chuàng)新性地構(gòu)建了 (鐵杉屬%+羅漢松屬%) / (四類針葉樹總和%) 比值 (簡稱TP/TPAP)與中值海拔 (即盆地到山頂?shù)闹虚g海拔)的定量轉(zhuǎn)換方法 (圖1c-d)。隨后，研究團(tuán)隊(duì)利用青藏高原東北部柴達(dá)木盆地地層中提取的孢粉數(shù)據(jù)，結(jié)合剖面上發(fā)現(xiàn)的植被大化石證據(jù)，基于上述定量轉(zhuǎn)換方法重建了青藏高原東北部柴達(dá)木盆地東、西段山體距今1600萬年以來連續(xù)的海拔演化序列 (圖2)，量化了高原局部隆升對(duì)區(qū)域氣候變干和高原生物多樣性形成的作用。
圖1. 東亞表土孢粉數(shù)據(jù)庫3088個(gè)點(diǎn)位TP/TPAP 比值的空間分布及其與中值海拔定量關(guān)系
研究結(jié)果揭示，青藏高原東北部柴達(dá)木盆地東、西段山體在距今1500萬年前的海拔分別為1332±189米和433±189米，隨后東段山體在1100萬年前迅速抬升到3685±87米，西段山體則在700萬年前抬升至3589±62米，已接近現(xiàn)代高度(圖2a)；而盆地海拔在1600-1400萬年前為1102±429米，并于1100萬年前抬升至2355±703米 (圖2b-c)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用高分辨率區(qū)域氣候模式RegCM 4.6定量評(píng)估了高原東北部隆升對(duì)高原自身及周邊地區(qū)氣候的影響，發(fā)現(xiàn)如果高原東北部降低到現(xiàn)在海拔的1/3，該區(qū)域年降水量則減少50%以上，而高原南部喜馬拉雅山脈和東南部的橫斷山區(qū)，降水量則分別增加50%和150% (圖2d)，這主要是山脈雨影效應(yīng)增強(qiáng)和區(qū)域環(huán)流變化共同影響所致。這一認(rèn)識(shí)與柴達(dá)木盆地西部耐旱植物孢粉含量增加以及粗骨魚出現(xiàn)指示的氣候變干相吻合；而在喜馬拉雅山和橫斷山區(qū)，由于降水量的顯著增加和高地形的存在支撐了該區(qū)域豐富的生物多樣性。這項(xiàng)研究表明青藏高原東北部隆升產(chǎn)生的氣候效應(yīng)顯著影響了青藏高原地區(qū)的氣候和生物演化。
圖2. 青藏高原東北部柴達(dá)木盆地基于孢粉指標(biāo)的海拔定量重建及其氣候、環(huán)境效應(yīng)
該研究基于大樣本數(shù)據(jù)、創(chuàng)新性地提出了基于孢粉代用指標(biāo)定量重建海拔高度，為古高度重建研究提供了一種新的生物學(xué)方法；審稿人評(píng)論該研究為更系統(tǒng)深入揭示青藏高原新生代隆升過程及其導(dǎo)致的氣候和生物多樣性演化提供了重要的新途徑，有利于推動(dòng)學(xué)科進(jìn)步。研究成果以“A new biologic paleoaltimetry indicating Late Miocene rapid uplift of northern Tibet Plateau”為題發(fā)表在國際期刊Science上，我校黃康有副教授為共同通訊作者之一，鄭卓教授和國內(nèi)外多位學(xué)者為合作作者。該研究同時(shí)得到了科技部第二次青藏高原綜合科學(xué)考察、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等聯(lián)合資助。
該研究利用東亞現(xiàn)代表土孢粉數(shù)據(jù)庫建立針葉類植物花粉與海拔定量關(guān)系，該數(shù)據(jù)庫由黃康有、鄭卓團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外多家合作單位歷經(jīng)二十多年長期積累建立而成，逾5000個(gè)樣點(diǎn)分布覆蓋了我國及周邊地區(qū)絕大部分植被類型和氣候帶，已在東亞地區(qū)古氣候研究中獲得廣泛應(yīng)用，此次研究則成功拓展了該數(shù)據(jù)庫和孢粉代用指標(biāo)的應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)近年來利用孢粉學(xué)方法在我國南方地區(qū)第四紀(jì)古氣候、海平面變化、史前人類活動(dòng)與農(nóng)業(yè)起源等方面研究中取得了系列重要成果，研究成果發(fā)表在Science、PNAS、Quaternary Science Reviews、Journal of Biogeography、Science in China Series D: Earth Sciences等權(quán)威期刊上。
