青藏高原“创造”江南水乡

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  “世界屋脊”青藏高原群山耸立、植被稀少,与之相隔万里的江南水乡却山清水秀、物产丰富,截然不同的地貌特征和生态环境很难把两者联系在一起。不过,一项研究成果却找到了两地之间千丝万缕的联系。

  近日,中国科学院西双版纳热带植物园古生态研究组联合英国布里斯托大学等科研人员,对青藏高原不同地块的隆升进行了古气候、植被和植物多样性模拟以及植物化石数据的综合分析,首次揭示了青藏高原北部和东北部生长是驱动中国中东部植被和植物多样性转变的关键因子。相关研究成果发表在《科学进展》上。

  研究认为,正是2300万年之后青藏高原的巨变,造就了今天的江南水乡。

  在同纬度里地貌独特

  江南水乡这种气候和植被环境是何时形成的?

  地质学和古生物证据都表明,在大约6600–2300万年的古近纪,中国存在一条横贯东西的干旱带,“那时候,中国的东南部也就是现今的江南水乡还属于干旱气候,植被主要是干旱或半干旱的类型。”论文第一作者、中国科学院西双版纳热带植物园副研究员李树峰在接受《中国科学报》采访时介绍。

  但从大约2300万年的中新世开始,情况发生了转变,这条干旱带逐渐消失,取而代之的是西干东湿的气候格局。

  “气候环境的改变,让东亚的植被类型也发生了根本性变化,形成了以壳斗科、樟科、木兰科和山茶科为优势的亚热带常绿阔叶林,其江南水乡就是典型代表。”论文共同通讯作者、中国科学院西双版纳热带植物园研究员周浙昆在接受《中国科学报》采访时说。

  然而,在世界同纬度的陆地却并不都是这般情景。由于同纬度陆地多受副热带高压带控制,气候炎热干燥、植被稀疏,大部分地区分布着沙漠,比如著名的撒哈拉沙漠和阿拉伯沙漠。

  到底是什么导致了这一重大环境与生物演变事件的发生,造就了东亚特殊的生态格局?这一直是地质学和生物学研究的热点。

  地质学以往的观点认为印度–亚洲板块碰撞导致整个青藏高原的隆升,造成了大气环流改变,使得东亚季风增强、夏季降雨增加,所以横贯我国东西的干旱带才会消失。

  关于青藏高原的形成和生长也一直众说纷纭,此前有围绕中部生长的原西藏高原假说,也有从南至东北方向逐步生长的假说。

  但是,在周浙昆看来,青藏高原的形成是非常复杂的过程,并非作为一个统一的整体而隆升,不同地块的隆升对气候、植被和植物多样性的影响还有许多未解之谜。

  数值模拟与化石记录结合

  科学界更多的是关注青藏高原地形地貌对气候的影响,最近有一项研究是通过青藏高原向北“漂移”来对东亚气候的影响。但是,对气候、植被和生物多样性影响的模拟,仍是一片空白。

  于是,科研团队把目光聚焦在青藏高原不同地块的生长是如何影响东亚气候环境和生物多样性格局这个重大科学问题上来。

  周浙昆介绍,青藏高原从南向北是由喜马拉雅山脉,拉萨地块、羌塘地块、松潘-甘孜地块、昆仑-祁连等不同地块组成。这些不同地块的生长如何驱动东亚植被和植物多样性演变尚未可知。

  要解释这个问题,首先需要有可靠的化石记录。近年来,古生物和古环境研究的发展提供了更多可供参考的研究资料,基于前人的研究基础,研究团队总结了中国古近纪-新近纪不同地质历史时期的一个比较全面的古植物数据。

  “我们一共整理了205个化石点,337条化石记录,然后把记录的经纬度通过模型转换成古经纬度。”李树峰说,结果显示中国古近纪的横贯东西的干旱带大约在中新世以后剧烈转变,中国东南部的落叶阔叶林从中新世以后转变为常绿阔叶林。

  有了全面的古植被变化数据,研究人员想知道是什么原因导致这种变化,数值模拟承担了这项重要任务。“数值模拟能通过宏观、复杂的地形地貌来模拟气候和植被的变化。我们可以设置更为精细的不同地块的隆升来探讨这种影响。”李树峰介绍。

  研究团队进行了晚渐新世18种青藏高原不同的地形地貌生长情景的模拟实验,将这些情景下模拟得到的气候数据,分别输入到SDGVM全球动态植被模型和JeDi-DGVM植物多样性模型。然后,他们把模拟的东亚植被和植物多样性的结果和化石数据进行比较,有了重要发现。

  “青藏高原的北部(羌塘地块)和东北部(松潘-甘孜地块)的隆升,对改变东亚植物和植被多样性的贡献最大。”周浙昆指出。

  冬季降雨量增加是重要因素

  为什么植被和植物多样性会有这样的变化呢?科研人员对比许多气候资料发现主要是降雨量。

  我国东部气候主要受东亚季风控制,东亚季风影响着我国的降水分布。“青藏高原北部和东北部的生长增强了东亚季风气候系统,其中,夏季风将水汽从海洋输送到陆地,带来丰沛的夏季降水。”周浙昆说。

  “之前的大量研究都表明青藏高原隆升会导致东亚冬季风增强,我们的研究则发现中国东南部的冬季风强度反而因为青藏高原的生长而减弱。青藏高原北部和东北部隆升阻挡了冬季风,从东南沿海输入一些暖湿气流,在冬季也能深入到中东部地区,使得这些地方的冬季降雨增加,冬季气候变得比较湿润。”李树峰介绍。

  这些气候变化驱动了东亚植被从以落叶阔叶林为主的干旱、半干旱植被类型转变为以常绿阔叶林为主的湿润、半湿润植被类型,并促进了植物多样性的增加。

  “冬季降雨量的显著增加是驱动植被和植物多样性变化的最重要因素。现存的水杉、杜仲等大多数东亚孑遗植物都是分布在冬季比较湿润的地区,这也佐证了我们的结论。”周浙昆表示。

  “可以说,没有青藏高原北部和东北部的生长,就没有中国这美丽富饶的江南水乡。”周浙昆强调。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.abc7741

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