孢粉化石证据揭示江南从荒漠到森林的演变过程

图1（a）清江盆地地理位置图，（b）清江盆地质图，化石LJ：临江组剖面；QJ：清江组钻孔

图2 清江盆地临江组（a-d）和清江组（e-g）岩性柱和岩性照片

图3 清江盆地早始新世（Zone A）和晚始新世（Zone B）主要孢粉类型百分比图谱

图4 清江盆地始新世植被景观（陆地生态系统）演变图，（a）早始新世：以耐旱麻黄为主的揭示江南灌木荒漠，（b）晚始新世：以喜湿润的从荒程杉科植物和山地针阔混交林为主的沼泽森林
（神秘的地球uux.cn）据中国科学院青藏高原研究所：江南地区大致位于北纬30度附近，属于副热带高压的森林控制范围。纵观全世界同纬度地区，孢粉变过由于常年受副热带高压控制，化石降水稀少，证据大部分地区被沙漠覆盖。揭示江南然而，从荒程奇妙的森林是，进入同纬度的孢粉变过我国江南地区，世界却仿佛变了一番模样，化石不仅摆脱了沦为干旱荒漠的证据厄运，反而成为了降水丰沛、林木葱郁的湿润季风区，成为了全球副热带沙漠中的一片绿洲。
江南的湿润与富足得益于季风气候，它为江南地区带来了丰沛的降水，深刻影响着当地居民的生产生活和社会经济发展。季风的建立标志着江南地区新生代环境的重大转变。那么，江南地区现代季风气候的基本格局是何时形成的？东亚季风建立前，江南地区是否也为荒漠植被景观？何时从荒漠变为季风气候？驱动机制又是什么？这些科学问题一直是学术界争论的焦点。
清江盆地位于江西省中部（28°N），是一个内陆断陷盆地，盆地内晚白垩至古近纪地层发育，是我国南方重要的岩盐产地（图1）。中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队谢宇龙博士等发现，清江盆地早始新世清江组发育了大量指示干热气候的蒸发岩沉积（岩盐、石膏和钙芒硝），晚始新世临江组则转变为淡水湖相沉积（图2）。上述岩性的重大转变暗示了清江盆地始新世的气候经历了由干旱到潮湿的重大转变，很可能是对季风建立的沉积响应，有望解开江南何时从荒漠变为水乡的谜题。
科研人员在江西中部清江盆地清江组一段中上部（钻孔）和临江组地层剖面中（图2）获取了丰富的孢粉化石，通过对比分析多门类化石，进一步确定清江组一段中上部和临江组的时代分别为早始新世和晚始新世，并对这2套地层的孢粉化石进行详细研究，利用气候幅度法和共存分析方法定量重建了早始新世和晚始新世的气候参数，恢复了清江盆地始新世的气候变化历史。结果表明，清江盆地始新世时期的植被（图3和4）和气候发生了明显转变：早始新世（约5000多万年前）是一片干旱的荒漠，常年受副热带高压控制，年降水量不足200 mm，低洼处形成了大规模的盐湖沉积，盐湖周边生长着大量耐旱的麻黄（图4a）；但到了晚始新世（约4000万年前），季风气候开始在该地区起主导作用，气候明显变得湿润，年降水量大幅增加到1400 mm，且降水具有明显的季节性，出现大量以喜温暖湿润气候的杉科植物（水杉、落羽杉、水松和红杉）为主的沼泽森林（图4b）。上述结果表明，东亚季风至少在晚始新世就已经在江南地区建立，比传统观点认为的晚渐新世-早中新世（约2300万年前）的要早得多。
通过开展晚始新世青藏高原的构造演化与古地理格局的集成研究，作者认为，晚始新世江南地区东亚季风的建立主要是受古地理变化控制，而受大气CO2浓度的影响较小。晚始新世印度板块漂移速率急剧下降指示印度板块与亚洲板块全面碰撞，导致此时新特提斯海快速关闭、副特提斯海急剧后退、青藏高原南部冈底斯山快速北移和青藏高原中部、东南部快速隆升，并耦合南极冰盖增长，共同导致了亚洲陆地面积急速扩大，强化了海陆热力对比，东亚季风在晚始新世时期显著增强和向北扩张，江南地区的古气候和古生态环境发生了重大转变，从早始新世的干旱荒漠环境转变为晚始新世的湿润森林沼泽环境，自此奠定了“回归沙漠带上的绿洲”的基本格局。此后又经过漫长的自然演变和近代人类活动的改造，江南地区最终成为了“鱼米之乡”。
该研究为理解东亚季风早期起源演化提供新的视野，并质疑了江南湿润的季风气候起源于新近纪的传统观点。该研究成果近日以“Late Eocene onset of the East Asian Monsoon in the Qingjiang Basin of central Jiangxi Province (southeast China) revealed by a major vegetation transition from desert to forest”为题，正式发表在国际地学期刊《古地理、古气候、古生态》（Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology）。我所谢宇龙博士后为第一作者，吴福莉研究员和方小敏研究员为共同通讯作者。该研究得到了“第二次青藏高原综合科学考察研究”专项（2019QZKK0707），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)，“青藏高原地球系统”基础科学中心项目（CTPES, No. 41988101-01）和国家自然科学基金项目（41971112, 41972195, 42130205）的联合资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031018222003492