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PETM時期中國中部干旱帶存在短暫的南亞熱帶森林植被

  古新世-始新世極熱事件(Paleocene Eocene Thermal Maximum,簡稱PETM)發生在距今約56 Ma前,是早新生代的一次極端碳循環擾動和全球快速變暖事件,主要表現為快速大幅度的碳同位素負漂(-2‰~-7‰)、大氣CO2濃度的快速升高和全球快速增溫(5~8℃),同時伴有水循環加快及一定規模的生物滅絕、演替和遷徙等現象。PETM期間全球快速變暖對海洋和陸地環境均產生了深刻的影響。目前,人類大量排放溫室氣體導致了全球溫度快速升高,研究PETM事件有助于人們更準確地了解全球變暖背景下未來氣候環境和動植物的變化。盡管在過去三十年里,國外學者對PETM事件開展了大量的研究工作,相比而言,有關中國PETM時期的陸地生態系統的研究還較少涉及,特別是針對該時期中國中部干旱帶的植被景觀和氣候狀況的認識還很有限。 

  江漢盆地西部松滋(圖1a)洋溪組下部黑色泥頁巖是世界上罕見的早始新世猴鳥魚化石庫,是我國唯一一個早始新世特異埋藏化石群產地,產有世界上最古老的靈長類動物化石阿喀琉斯基猴,該地層還發現了松滋鳥、鬣蜥類、昆蟲和江漢魚等多種類型的化石。這些動物化石的發現似乎暗示了當時為溫暖濕潤的熱帶、亞熱帶森林沼澤環境,這與以往認為的古近紀中國中部長期盛行的干旱氣候環境(圖1b)形成強烈反差。然而,這一孕育著眾多動物的濕潤森林生態系統的存在只是間接推測,仍缺乏可靠、直接的植被證據。因此,利用孢粉記錄來重建這一時期的植被與氣候顯得尤為重要和迫切。 

  針對上述科學問題,中科院青藏高原研究所新生代環境團隊謝宇龍博士等,在湖北松滋市龍王井村洋溪組下部厚約1.2米的黑色泥頁巖中采集了24個樣品,并對其進行了詳細的孢粉學研究和碳同位素分析測定,獲得以下主要認識:1. 在以往生物地層學、巖石地層學、磁性地層學等綜合研究基礎上,通過對碳同位素(δ13CTOC)地層的研究對比,證實松滋化石點地層的時代為古新世-始新世界限附近(約56Ma)。2. 孢粉組合是以類型多樣的闊葉樹花粉為主(圖2),豐富多樣的熱帶、亞熱帶森林成分揭示了中國中部干旱帶在PETM時期存在一個繁茂的南亞熱帶森林植被景觀。3. 定量重建的氣候為溫暖濕潤的南亞熱帶氣候,年均溫為21~24℃,年平均降水量為1369~1997 mm(圖3)。4. PETM時期的全球快速升溫,可能促使控制該地區的氣候系統發生了重大改變,導致中國中部干旱帶降水量顯著增加,最終塑造了江漢盆地西部的南亞熱帶森林植被景觀(圖4),并導致該地區湖泊富營養化加劇。中國中部干旱區降水量和生態系統的變化對PETM事件的響應要比世界上同緯度地區強烈的多。因此,今后在研究降水和陸地生態系統對PETM事件的響應時,應充分考慮區域古地理、古氣候背景的差異。需要指出的是,該濕潤的南亞熱帶森林持續時間較短,在短暫的PETM事件后,森林又重新遭受到干旱的脅迫。 

  該研究提高了我們對未來降水、生態系統和環境變化如何響應全球快速變暖和大氣CO2濃度升高的認識。該研究成果近日以“A transient south subtropical forest ecosystem in central China driven by rapid global warming during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum”為題,在國際地學權威期刊Gondwana Research (IF=6.051)上發表。謝宇龍博士為第一作者,吳福莉研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學院A類戰略性先導科技專項“泛第三極環境變化與綠色絲綢之路建設”(XDA20070201)、“第二次青藏高原綜合科學考察研究”專項(2019QZKK0707),“青藏高原地球系統”基礎科學中心項目(CTPES,No. 41988101-01)、國家自然科學基金項目(41620104002, 41971112, 41972195)和中科院西部之光項目的聯合資助。 

  論文信息:Xie, Y.L., Wu, F.L.*, Fang, X.M. A transient south subtropical forest ecosystem in central China driven by rapid global warming during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Gondwana Research, 2022, 101:192-202. 

  論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1342937X21002471

圖1 湖北松滋地理位置(a)和PETM時期江漢盆地的古地理背景和同時期中國中部干旱的環境格局(b)

圖2 松滋洋溪組下部主要孢粉類型百分比圖譜

圖3 松滋PETM時期氣候參數與現代松滋和廣州氣候參數的對比

 

圖4 PETM時期江漢盆地西部古氣候、古生態和古環境復原圖

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