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中科院青藏高原所研究員方小敏帶領新生代環境團隊多位成員，聯合中科院西北院苗運法研究員等國內外多位學者協同攻關，利用3088個現代表層孢粉樣品數據庫，從生物指標角度，建立了反演古海拔高度的新方法，并將其應用于柴達木盆地晚新生代地層孢粉研究中，重建了青藏高原東北部古海拔演化歷史，揭示該地區主要在距今約1100-700萬年前隆起，并產生了強烈的環境效應，相關成果于12月9日發表在《科學》上。
青藏高原的隆升導致地表形變與大地貌形成，驅動了亞洲季風-干旱氣候和高山生物多樣性的演變，地表古高度變化歷史是這一過程的直接證據。但是現有定量重建高原地表古高度的不同方法常得出不同結論，產生諸多爭議。
“高原地表如何隆起，對于檢驗高原隆升的動力學模型，理解季風-干旱環境格局形成、亞洲地形與大江大河形成演化、風化剝蝕與全球變化等一系列重大科學問題至關重要，目前尚未形成統一定論，高原東北部古高度研究更是相對薄弱。”該文章的共同通訊作者，方小敏說，“尋找一種行之有效的，有別于現有基于同位素和葉相分析兩大定量重建古高度的其他方法，可為解決諸多地區古高度爭議歷史提供重要的獨立判別證據。”
方小敏等從與海拔關系密切的山地針葉樹類群入手，發現適宜在山地中低海拔生長的鐵杉屬、羅漢松屬和偏愛中高海拔的冷杉屬和云杉屬可以作為良好的海拔指示計。科學剔除緯度效應等的影響后，研究團隊創新性地構建了一種定量刻畫過去海拔的植物孢粉新指標，建立了現代海拔計算方程，并用第四紀以來青藏高原地區的孢粉記錄驗證了其準確性。
研究團隊利用青藏高原東北部柴達木盆地四條年代準確的剖面和鉆孔的孢粉數據，結合剖面上發現的植物化石，利用上述建立的海拔公式，矯正后分別獲得了柴達木盆地東段和西段兩側山體1600萬年來連續的古高度變化記錄，揭示柴達木盆地在約1500萬年前東、西部的古海拔分別為1332±189米和433±189米，其后東段在約1100萬年前迅速抬升至3685±87米，西段在約700萬年前迅速增加至3589±62米，已接近現代高度。
“我們的研究表明，青藏高原東北部在新生代晚期，即約1100-700萬年前發生了強烈隆升，這個隆升不容小覷，它對區域氣候環境和生態演化產生了極其重要影響。”方小敏說。
通過運行高分辨率區域氣候模型RegCM4.6，研究團隊還發現，如果青藏高原東北部海拔降低2/3，高原東北部年降水量將減少50%以上；高原南部和東南部的喜馬拉雅山和橫斷山地區，降水量分別增加了50%和150% 。經過分析得知，主要原因是山脈雨影效應增強和區域環流變化共同影響所致。這一認識與柴達木盆地西部荒漠植物類群逐漸增多以及出現鈣化粗骨架魚相吻合；在喜馬拉雅山和橫斷山脈，由于降水量顯著增加，增強了當地植被和爬行動物的多樣性，表明青藏高原東北部隆升引起的降水變化影響了整個青藏高原區域的氣候和生物演化。
上述研究從生物指標方面創立了一種重建古高度的新方法，由于上述四類針葉樹花粉在晚新生代地層中廣泛分布，保存良好，易于鑒定，可以獲得連續的古高度歷史記錄，在使用條件上優于地層中偶然發現的古土壤鈣結核同位素高度計和植物化石的葉相高度計。
該論文審稿人一致認為，該方法為更系統深入揭示青藏高原古高度歷史，深化認識新生代造山作用及其導致的氣候和生物多樣性演化提供了重要的新途徑，有利于推動學科進步。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abo2475
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