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PETM时期中国中部干旱带存在短暂的南亚热带森林植被

  古新世-始新世极热事件(Paleocene Eocene Thermal Maximum,简称PETM)发生在距今约56 Ma前,是早新生代的一次极端碳循环扰动和全球快速变暖事件,主要表现为快速大幅度的碳同位素负漂(-2‰~-7‰)、大气CO2浓度的快速升高和全球快速增温(5~8℃),同时伴有水循环加快及一定规模的生物灭绝、演替和迁徙等现象。PETM期间全球快速变暖对海洋和陆地环境均产生了深刻的影响。目前,人类大量排放温室气体导致了全球温度快速升高,研究PETM事件有助于人们更准确地了解全球变暖背景下未来气候环境和动植物的变化。尽管在过去三十年里,国外学者对PETM事件开展了大量的研究工作,相比而言,有关中国PETM时期的陆地生态系统的研究还较少涉及,特别是针对该时期中国中部干旱带的植被景观和气候状况的认识还很有限。 

  江汉盆地西部松滋(图1a)洋溪组下部黑色泥页岩是世界上罕见的早始新世猴鸟鱼化石库,是我国唯一一个早始新世特异埋藏化石群产地,产有世界上最古老的灵长类动物化石阿喀琉斯基猴,该地层还发现了松滋鸟、鬣蜥类、昆虫和江汉鱼等多种类型的化石。这些动物化石的发现似乎暗示了当时为温暖湿润的热带、亚热带森林沼泽环境,这与以往认为的古近纪中国中部长期盛行的干旱气候环境(图1b)形成强烈反差。然而,这一孕育着众多动物的湿润森林生态系统的存在只是间接推测,仍缺乏可靠、直接的植被证据。因此,利用孢粉记录来重建这一时期的植被与气候显得尤为重要和迫切。 

  针对上述科学问题,中科院青藏高原研究所新生代环境团队谢宇龙博士等,在湖北松滋市龙王井村洋溪组下部厚约1.2米的黑色泥页岩中采集了24个样品,并对其进行了详细的孢粉学研究和碳同位素分析测定,获得以下主要认识:1. 在以往生物地层学、岩石地层学、磁性地层学等综合研究基础上,通过对碳同位素(δ13CTOC)地层的研究对比,证实松滋化石点地层的时代为古新世-始新世界限附近(约56Ma)。2. 孢粉组合是以类型多样的阔叶树花粉为主(图2),丰富多样的热带、亚热带森林成分揭示了中国中部干旱带在PETM时期存在一个繁茂的南亚热带森林植被景观。3. 定量重建的气候为温暖湿润的南亚热带气候,年均温为21~24℃,年平均降水量为1369~1997 mm(图3)。4. PETM时期的全球快速升温,可能促使控制该地区的气候系统发生了重大改变,导致中国中部干旱带降水量显著增加,最终塑造了江汉盆地西部的南亚热带森林植被景观(图4),并导致该地区湖泊富营养化加剧。中国中部干旱区降水量和生态系统的变化对PETM事件的响应要比世界上同纬度地区强烈的多。因此,今后在研究降水和陆地生态系统对PETM事件的响应时,应充分考虑区域古地理、古气候背景的差异。需要指出的是,该湿润的南亚热带森林持续时间较短,在短暂的PETM事件后,森林又重新遭受到干旱的胁迫。 

  该研究提高了我们对未来降水、生态系统和环境变化如何响应全球快速变暖和大气CO2浓度升高的认识。该研究成果近日以“A transient south subtropical forest ecosystem in central China driven by rapid global warming during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum”为题,在国际地学权威期刊Gondwana Research (IF=6.051)上发表。谢宇龙博士为第一作者,吴福莉研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院A类战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”(XDA20070201)、“第二次青藏高原综合科学考察研究”专项(2019QZKK0707),“青藏高原地球系统”基础科学中心项目(CTPES,No. 41988101-01)、国家自然科学基金项目(41620104002, 41971112, 41972195)和中科院西部之光项目的联合资助。 

  论文信息: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. 

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1342937X21002471

图1 湖北松滋地理位置(a)和PETM时期江汉盆地的古地理背景和同时期中国中部干旱的环境格局(b)

图2 松滋洋溪组下部主要孢粉类型百分比图谱

图3 松滋PETM时期气候参数与现代松滋和广州气候参数的对比

 

图4 PETM时期江汉盆地西部古气候、古生态和古环境复原图

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