西藏尼玛—青海曲麻莱新生代几种植物化石及古环境意义

青藏高原的隆升对我国以及全球的气候格局产生了重要的影响。它的隆升是印度板块和欧亚板块碰撞导致的结果,因此,青藏高原是研究碰撞造山、大陆变形以及地球动力学的天然场所。西藏尼玛盆地和青海曲麻莱新生代地层中的植物化石和有机质,记录了青藏高原的隆升过程和环境变化的信息。有机质碳同位素相对丰度的变化是地球生物过程最直接的记录,也是植物生态系统演化的一个重要方面。研究青藏高原新生代植物化石,不仅可以为植物的分类和演化提供新材料,还能为了解青藏高原的海拔变化、形成机制和古环境的演化提供直接的古植物学证据。本文研究了西藏尼玛和青海曲麻莱高海拔地区新生代的几种植物化石和孢子化石,共鉴定植物化石4科4属5种（其中蕨类植物化石2种,被子植物化石3种）和孢子类群6种。重点对尼玛盆地植物化石和孢子化石进行分析,并对该盆地沉积物中微量元素和有机质碳同位素进行分析;对曲麻莱2种被子植物木化石的解剖学特征、有机质碳同位素及其虫迹填充物进行研究。首次报道了西藏尼玛盆地古新统-始新统牛堡组的植物化石和孢子化石,植物化石鉴定为有节类对茎木贼（相似种）Equisetum cf.oppoistum、木贼（未定种）Equisetum sp.和被子植物一枝黄花属（未定种）Solidago sp.,孢子化石鉴定为紫萁孢属Osmundacidites、柴达木叶菌孢Foliopollenites qaidamensis、褶皱冠脊孢Camptotriletes plicatus、细肋纺锤双孔菌孢Fusidiporosporonites minutaestriatus、巨形双孔孢Diporisporites maximus、菌孢Fungal spore。选取现生草问荆Equisetum pratense作为Equisetum cf.oppoistum的现存最近亲缘种,选取现生毛果一枝黄花Solidago virgaurea作为Solidago sp.的现存最近亲缘种。运用共存分析法定量重建该盆地在古新世-始新世的海拔为2094～3514 m。尼玛盆地和伦坡拉盆地在形成时代、沉积物充填和演化历史上非常相似。根据孢粉化石重建伦坡拉盆地在古新世-始新世的海拔为2300～2600 m,与尼玛盆地在古新世-始新世的海拔较为一致。而当前化石采集地点的海拔为5200 m,显示青藏高原中部尼玛盆地自40 Ma以来隆升了2000～3000 m。在青海曲麻莱下更新统野牛沟组第一次发现了木化石,鉴定为被子植物鼠李科Rhamnaceae和壳斗科Fagaceae。在Rhamnaceae和Fagaceae中发现了甲螨目成虫及幼虫的粪便化石。选取现生Rhamnaceae和现生Fagaceae的主要属种作为当前化石的现存最近亲缘种,并确定它们的现存最近亲缘种海拔分布的最高值和最低值。利用共存分析法定量重建了曲麻莱在早更新世的海拔为749～3549 m。而当前化石采集地点的海拔为4500 m,说明青藏高原东北部曲麻莱自1 Ma以来隆升了1000～4000 m。根据实测剖面P1708、2017XD、2017XD中微量元素的含量及比值的变化,把尼玛盆地古新世-始新世的环境变化划分为九个环境变化波动区间带,说明尼玛盆地经历过开始形成-扩张发展-萎缩-扩张-萎缩-扩张-萎缩-再扩张-河湖共存阶段,对应的尼玛盆地古新世-始新世气候经历了湿润-温和偏干-温暖湿润-温和偏干-温和湿润-温和偏干-温暖湿润-温和偏干-温暖湿润的气候波动。尼玛盆地有机质碳同位素δ13C值的降低,推测与古新世-始新世全球的增温事件（PETM）有关。而有机质碳同位素δ13C值组成分布在-28.92-23.66‰之间,表明尼玛盆地有机质来源主要为陆源C3植物。木贼属Equisetum cf.oppositum的发现意味着尼玛盆地在古新世-始新世已经存在显著的季节性变化。结合伦坡拉盆地的孢粉化石、植物化石和动物化石,认为尼玛盆地在古新世-始新世是一个温暖、潮湿的环境。选取伦坡拉盆地牛堡组植物群22个化石种的现存最近亲缘类群,利用共存分析法定量恢复了伦坡拉盆地在古新世-始新世的气候特征:年均温（MAT）为15.8～17.3°C,最热月均温（MWMT）为23～28°C,最冷月均温（MCMT）为2.4～5.4°C,年较差（DT）为23.3～24.8°C,年均降水量（MAP）为1011.3～1653.5 mm,最大月均降水量（MMaP）为161.8～283.7 mm,最小月均降水量（MMiP）为24.1～31.4 mm,与现代气候相比气温和降水量的气候参数普遍偏小。Rhamnaceae中生形态比率分析结果为0.2<1,显示它具有旱生结构,它的脆弱性指数分析结果为75<88.5<200,表明曲麻莱在早更新世为中生环境。Fagaceae中生形态比率分析结果为1<2<2.5,显示它具有中性结构,它的脆弱性指数分析结果为465>200,表明曲麻莱在早更新世为湿生环境。Rhamnaceae和Fagaceae中虫迹充填物能谱分析,表明曲麻莱在早更新世为较为温暖湿润、降水较多的环境。综上分析说明曲麻莱在早更新世为较为温暖湿润、降水较多的中生环境。Rhamnaceae轮的明显度分析显示植物生长在季节性略明显的环境;Rhamnaceae年轮中晚材率线性拟合的结果显示有减小的趋势,说明植物生长前期的冬季降水量有减少的趋势,反映东亚冬季风在早更新世有增强的趋势。通过测定木化石Rhamnaceae和Fagaceae中有机质的碳同位素δ13C值,并与现生植物的碳同位素δ13C值模式图进行对比,认为Rhamnaceae和Fagaceae均为落叶植物。利用共存分析法定量重建了曲麻莱在早更新世大气中CO2的碳同位素δ13CCO2值为-7.5-3.7‰。计算了木化石Rhamnaceae年轮中碳同位素δ13C平均值,线性拟合结果显示年轮中碳同位素δ13C平均值有减小的趋势,说明植物生长的环境有变适宜的趋势,这可能与东亚夏季风先减弱后增强有关;计算了木化石Rhamnaceae记录的大气中CO2的碳同位素δ13CCO2平均值,线性拟合结果显示大气中CO2的浓度有减小的趋势,推论是由上新世末期–更新世碳同位素的负偏移引起的,而碳同位素的负偏移可能与东亚冬季风有增强的趋势有关。与南海和黄土高原中记录的东亚冬季风有增强的趋势有较明显的一致性,青藏高原东北部曲麻莱东亚冬季风的增强可能与两极冰川扩展、全球变冷或青藏高原的隆升有关。通过测定木化石晚材中纤维素的碳同位素δ13C值,定量重建了曲麻莱在早更新世期间8月份平均降水量为1032～1078 mm、平均温度为0.73～1.36°C和平均相对湿度为121～123%。