青藏高原东部海拔高、地形复杂，受季风影响显著，对气候变化响应敏感，拥有全球最重要的生物多样性热点之一——横断山生物多样性热点。稻城亚丁位于青藏高原东部横断山腹地，现今平均海拔3700米，其旖旎的高山森林景观引人入胜，是著名小说《消失的地平线》中香格里拉的原型所在地。然而，科考证据表明，以稻城香格里拉为代表的青藏高原东部高海拔森林景观曾经是一片低地沙漠，直到3400万年前才转变为现今的模样。是什么力量驱使亚洲季风渗透到这个地区，绿化了这片沙漠，使之成为世界级的生物多样性中心？
31日，中科院青藏高原所丁林院士带领的碰撞隆升及影响团队在《科学通报》（Science Bulletin）发表最新成果，揭秘香格里拉的前世今生。
该成果重建了青藏高原东部5000–3400万年前，从约600米的低海拔沙漠到约3500米海拔高山森林的隆升历史，揭示了约距今5000万年至距今3400万年的中-晚始新世，一个独特的古亚洲季风系统和以稻城香格里拉为代表的横断山现代生物多样性热点的形成过程。
图1 青藏高原东部始新世热鲁盆地的湖相沉积
“青藏高原东部的隆升是改变东亚气候环境的关键节点，触发了亚洲季风和具有全球意义的区域性生物汇聚与新生。”该文章的通讯作者丁林院士介绍。
研究团队自2018–2020年连续三年考察了青藏高原东部稻城附近的热鲁盆地（图1），开展了细致的地质填图和样品采集工作（图2和3）。他们发现，热鲁盆地内部新生代地层发育了从干旱到湿润的连续沉积：地层序列的下部昌宗组为一套代表着气候炎热干燥的沙漠相冲积扇-风成砂丘沉积；上部热鲁组为代表着气候相对湿润的湖相和河流相地层，保存有丰富的动植物化石（图4）。
图2 科研人员采集动植物化石
图3 科研团队在热鲁盆地工作合影
图4 中始新世热鲁化石植物群（4500–4000万年前）
该文章的第一作者何松林博士表示，“通过整合同位素放射性定年、同位素地球化学、关键区域的古生物资料和气候模型，研究团队首次揭示了亚洲季风系统的发展和生物多样性之间的复杂联系。”
利用野外科考发现的6套不同层位的火山灰样品，研究团队运用锆石U-Pb测年方法，首次建立起热鲁盆地的绝对年代学框架，确定热鲁盆地地层属于5000–3400万年前的沉积产物。其中下部昌宗组地层沉积时代为5000–4500万年前，上部含植物化石的热鲁组湖相地层的沉积时代4500–4000万年前，动物化石所在层位的沉积时代为3900–3400万年前。
利用古土壤钙结核的团簇同位素温度计与植物化石的气候-叶相多变量分析程序（CLAMP），研究团队重建了热鲁盆地详细的古高度变化历史：5000–4500万年前，热鲁盆地海拔仅为约600米，4500–4200万年前，迅速上升至约2000米，4200–4000万年前，继续上升至海拔约2900米，3900–3400万年前，进一步上升到约3500米，接近现今平均海拔3700米（图5）。
结合团队此前研究，该成果表明，在5000–3800万年前，西藏地区已经呈现出“两山夹一盆”的地貌特征：两条东西走向海拔超过4000米的山脉，环绕着一个海拔只有1700米的中央谷地，拥有独立的亚热带生态系统。随着以热鲁盆地为代表的青藏高原东部在3400万年前上升至接近现今高海拔，封闭了这个中央谷地的东端，与冈底斯山脉、中央分水岭山脉共同构成了晚始新世西藏地区的高海拔显著地形。
图5 藏东新生代隆升历史重建
同时，动物牙齿化石氧同位素（图6）与植物化石CLAMP气候数据结果显示，青藏高原东部的隆升推动了热带辐合带季风在4500万年前向北渗透，形成了与现今季风系统截然不同的始新世亚洲季风气候。结合气候数值模拟显示，青藏高原东部高地显著增加了整个东亚的降雨量，主要降水季节为春季和秋季。这与只有一个雨季的现代亚洲季风系统完全不同。研究认为，季风演变与不断变化的地貌密切相关，现代亚洲季风是随着不断变化的地形条件和全球地球系统背景下逐渐发展而来。
图6 犀牛牙齿化石及氧同位素特征
随着青藏高原东部隆升，这个区域从一片干热的沙漠演变为一个物种高度多样化的茂盛森林（图7）。科研团队在热鲁组地层中发现了高度分化、保存精美的化石植物群，以桉树、帕里宾尼亚和黄连木等为代表，以及以石炭兽、犀牛、雷兽、豫鼠等为代表的化石动物群（图7）。虽然物种组成与现今有很大不同，但丰富的动植物多样性表明，横断山特殊的生物多样性在4500–4000万年前已有萌芽，并推动了整个东亚生物多样性的现代化进程。这比亚洲现代生物多样性是中新世产生的结论提前了约2000万年。综合古高度数据和区域资料，该研究认为，横断山在3400万年前已经形成了和现今海拔类似的高山森林景观，萌生了以香格里拉为代表的横断山生物多样性热点。
图7 藏东热鲁盆地中晚始新世古生态环境复原图
该文章的共同作者，英国开放大学Robert A. Spicer教授表示，“该研究可以更好地了解季风对未来全球变化的敏感性，以及如何影响生物多样性和生态系统功能”。
该研究获得基金委青藏高原地球系统基础科学中心（41988101）、第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0708）、中科院战略性先导科技专项（XDA20070301）和国家自然科学基金（41941016）等项目的联合资助，合作单位包括英国开放大学和布里斯托大学等。
原文信息： He, S., Ding, L. *, Xiong, Z., Spicer, R.A., Farnsworth, A., Valdes, P.J., Wang, C., Cai, F., Wang, H., Sun, Y., Zeng, D., Xie, J., Yue, Y., Zhao, C., Song, P., Wu, C., 2022. A distinctive Eocene Asian monsoon and modern biodiversity resulted from the rise of eastern Tibet. Science Bulletin. https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.10.006
