青藏高原隆升與蒙古高原分布規(guī)律及古氣候意義

青藏高原隆升與蒙古高原分布規(guī)律及古氣候意義

新世代是肯志齊的第二個(gè)世代。它的代表期為2300萬(wàn)年到260萬(wàn)年前。他是古近系，然后是第四紀(jì)。新近紀(jì)是現(xiàn)代地理格局、氣候體系、生態(tài)環(huán)境形成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時(shí)期,也是哺乳動(dòng)物極度輻射并向現(xiàn)代化演變的重要發(fā)展時(shí)期。1青海湖隆升及其環(huán)境效應(yīng)生物具有指示氣候環(huán)境的功能。氣候的冷暖、干濕,地形和地勢(shì)的變化,必然會(huì)在生物的分布中得到反映。哺乳動(dòng)物對(duì)氣候環(huán)境的變化非常敏感,因此其演化歷史能夠反證新生代晚期,特別是新近紀(jì)時(shí)期氣候環(huán)境的重大變化。中國(guó)有著世界上得天獨(dú)厚的新近紀(jì)哺乳動(dòng)物化石資源優(yōu)勢(shì),具有利用化石恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的時(shí)空變化、推斷青藏高原隆升的時(shí)間和幅度的巨大潛能。最近的研究結(jié)果又顯示,中國(guó)東、西部新近紀(jì)的哺乳動(dòng)物群以及保存化石的沉積物之間存在明顯的差異,這些差異可能正是青藏高原隆升的反映。哺乳動(dòng)物化石釉質(zhì)以及沉積物的穩(wěn)定碳同位素分析表明,中國(guó)西北在晚中新世沒(méi)有出現(xiàn)與全球一致的C4植物擴(kuò)散,而東部地區(qū)卻已顯示C4植物增加的趨勢(shì)。對(duì)青藏高原西南部吉隆盆地化石釉質(zhì)同位素的分析,還指示在晚中新世出現(xiàn)了與南亞西瓦立克一致的C4環(huán)境,說(shuō)明該地其時(shí)的海拔高度應(yīng)該在3000m以下(圖1,圖1~圖5見(jiàn)彩插二)。這些跡象表明自晚中新世開(kāi)始,中國(guó)的地貌和氣候條件在東西和南北方向上都已發(fā)生強(qiáng)烈的分異。對(duì)哺乳動(dòng)物化石的研究表明,我國(guó)新生代各地質(zhì)時(shí)期,特別是自中新世以來(lái),不同地區(qū)哺乳動(dòng)物群的組成及特征具有明顯的區(qū)域性差異,哺乳動(dòng)物的分布與自然環(huán)境息息相關(guān)(圖2)。在新生代,我國(guó)既經(jīng)歷了全球性氣候的變化,也經(jīng)受了喜馬拉雅運(yùn)動(dòng),特別是青藏高原隆升的影響。所有這些變化,必然會(huì)對(duì)我國(guó)哺乳動(dòng)物的分布和地理區(qū)系的演變產(chǎn)生影響,這些演變也會(huì)記錄在埋藏的化石之中。因此,對(duì)哺乳動(dòng)物化石的研究是進(jìn)行環(huán)境恢復(fù)和古動(dòng)物區(qū)系再造的重要手段(圖3)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同的角度,用不同的手段對(duì)青藏高原的隆升及其環(huán)境效應(yīng)做過(guò)不少研究,并獲得了很多重要的資料和認(rèn)識(shí)。在古生物學(xué)方面,通過(guò)哺乳動(dòng)物的演化能夠推測(cè)古環(huán)境的變化,進(jìn)而從哺乳動(dòng)物化石的角度探索我國(guó)新生代環(huán)境的變遷和青藏高原隆升的歷史。青藏高原是世界上最年輕和最高的高原,其高度占據(jù)對(duì)流層的1/3,動(dòng)力和熱力效應(yīng)巨大,影響著亞洲大氣環(huán)流的變化(圖4)。近年來(lái)的研究表明,全球環(huán)境演化歷程中許多重大事件的根源集中在亞洲地區(qū),其中青藏高原的隆升被認(rèn)為是全球晚新生代氣候變化的重要因素,對(duì)季風(fēng)環(huán)境的形成演化和西風(fēng)環(huán)流的行為有著重要的影響。青藏高原的隆升及環(huán)境效應(yīng)是當(dāng)今國(guó)際地學(xué)界的熱門(mén)研究課題,它的形成和演變對(duì)亞洲乃至全球氣候和環(huán)境的變遷留下了深刻的印記。然而,青藏高原是在距今14Ma的中中新世就已經(jīng)達(dá)到或接近目前的高度,還是在3.6Ma前后的上新世才強(qiáng)烈隆升?這些牽涉到青藏高原隆升歷史和過(guò)程的諸多問(wèn)題還未解決,仍然存在激烈的爭(zhēng)論,尚需尋找更多的證據(jù)。新近紀(jì)是全球環(huán)境發(fā)生重大變化的一個(gè)時(shí)期,特別是在青藏高原隆升的驅(qū)動(dòng)下,東亞古季風(fēng)逐漸加強(qiáng),亞洲內(nèi)陸逐漸變冷、變干,中國(guó)北方出現(xiàn)了富含哺乳動(dòng)物化石的風(fēng)成新近紀(jì)晚期紅粘土堆積。新生代哺乳動(dòng)物群的演替特征及環(huán)境變化,顯然指示了青藏高原自漸新世以來(lái)的逐漸隆升。然而,中國(guó)新近紀(jì)環(huán)境與生物協(xié)同演化的過(guò)程還遠(yuǎn)未了解清楚。中國(guó)有許多富含新近紀(jì)哺乳動(dòng)物化石的盆地和地區(qū),如青藏高原西北角的甘肅臨夏盆地(圖5)和蒙古高原中部的內(nèi)蒙古地區(qū),通過(guò)對(duì)這些盆地和地區(qū)新生代堆積物和所含哺乳動(dòng)物化石的研究,結(jié)合古地磁和氧碳同位素的測(cè)定,將能夠更準(zhǔn)確地探索青藏高原在晚新生代的隆升歷史及其對(duì)氣候環(huán)境變化的影響,重建新近紀(jì)時(shí)期東亞的古環(huán)境變化過(guò)程,探討其與青藏高原隆升的關(guān)系。對(duì)青藏高原隆升歷史的全面探索有賴(lài)于完整的沉積和化石記錄。臨夏盆地和內(nèi)蒙古中部地區(qū)分別處于青藏高原的直接沉積區(qū)和間接影響區(qū),新近系廣泛發(fā)育、露頭好,并都發(fā)現(xiàn)有豐富的哺乳動(dòng)物化石。將臨夏盆地和蒙古高原中部這兩個(gè)已有良好工作基礎(chǔ)、時(shí)代相同、生物和地層上各有特色的區(qū)域進(jìn)行深入持續(xù)的對(duì)比性研究,相互補(bǔ)充優(yōu)化,就能在認(rèn)識(shí)新近紀(jì)時(shí)期陸生哺乳動(dòng)物多樣性及其演變過(guò)程、探索青藏高原的隆升時(shí)序及其氣候環(huán)境效應(yīng)方面取得突破性的進(jìn)展。臨夏盆地地處青藏高原與黃土高原過(guò)渡區(qū),堆積了來(lái)自青藏高原隆升的剝蝕產(chǎn)物,其地質(zhì)發(fā)展歷史和生態(tài)環(huán)境演變與青藏高原的隆升有更緊密的關(guān)系。這里分布著從漸新世至第四紀(jì)的巨厚沉積物,近年來(lái)的持續(xù)工作揭示它是歐亞大陸甚至世界上晚新生代哺乳動(dòng)物化石最豐富的一個(gè)地點(diǎn),是研究青藏高原隆升及其氣候環(huán)境效應(yīng)的最好地點(diǎn)之一。臨夏盆地晚新生代哺乳動(dòng)物化石、陸相生物地層和氣候環(huán)境演變方面的研究已經(jīng)取得重要進(jìn)展。對(duì)晚漸新世巨犀動(dòng)物群、中中新世鏟齒象動(dòng)物群、晚中新世三趾馬動(dòng)物群和早更新世真馬動(dòng)物群進(jìn)行了詳細(xì)研究,描述眾多屬種并建立其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系(圖6,見(jiàn)彩插三)。根據(jù)在臨夏盆地發(fā)現(xiàn)的大量哺乳動(dòng)物化石,對(duì)地層的劃分和時(shí)代的確定提出了新的看法,已理清沉積序列,并在充分的哺乳動(dòng)物化石證據(jù)的基礎(chǔ)上重新厘定了各個(gè)巖石地層單位所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)代。以古地磁測(cè)年為手段,初步建立了臨夏盆地晚新生代的地層年表。通過(guò)對(duì)不同動(dòng)物群所代表的生態(tài)特征的分析,恢復(fù)了臨夏盆地晚新生代以來(lái)的氣候環(huán)境演變過(guò)程。臨夏盆地在晚漸新世以溫暖濕潤(rùn)的森林環(huán)境為主,間雜有一些開(kāi)闊地帶;中中新世的森林更加茂密,水體更加豐富;晚中新世演變?yōu)檠谉岚敫珊档南?shù)草原環(huán)境,季節(jié)性變化加強(qiáng);早更新世氣候寒冷而干燥,并伴有顯著的海拔升高。在垂向上,臨夏盆地的各個(gè)晚新生代動(dòng)物群不僅組成截然不同,含化石的沉積物也明顯有別,造成動(dòng)物群生態(tài)差異的原因正是青藏高原的隆升。研究結(jié)果表明,臨夏盆地含晚新生代哺乳動(dòng)物群化石地層的巖性也與中國(guó)中、東部有差異。以三趾馬動(dòng)物群為例,在保德地區(qū)是典型的所謂“三趾馬紅土”,是氣候比較濕潤(rùn)時(shí)期的產(chǎn)物,而在臨夏盆地則是一種很接近黃土的灰橘色土狀堆積,它所反映的氣候條件更為干旱。這些跡象表明自晚中新世開(kāi)始,臨夏盆地的古地貌和古氣候條件已經(jīng)和黃河中下游地區(qū)有所區(qū)別。青藏高原在晚漸新世的隆升幅度還不足以阻擋大型哺乳動(dòng)物在高原南北的交流,但到中中新世已成為明顯的障礙,至晚中新世對(duì)動(dòng)物遷徙的阻礙作用更加突出,而臨夏盆地在早更新世已達(dá)到相當(dāng)大的高度,產(chǎn)生了一個(gè)高原或高山的動(dòng)物群。對(duì)臨夏盆地晚新生代哺乳動(dòng)物化石中不同種類(lèi)食草動(dòng)物的牙齒釉質(zhì)樣品所作的穩(wěn)定碳同位素分析表明,δ13C值落在-8.4‰~-12.4‰的范圍內(nèi),顯示了以C3植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的植被環(huán)境。不同動(dòng)物之間δ13C值的差異表明這個(gè)盆地存在顯著的生態(tài)環(huán)境分異,包括有林地和草地的混交以及獨(dú)立的草原和森林地帶。C4植物250萬(wàn)年之前在臨夏盆地的分布相當(dāng)稀少,與青藏高原南側(cè)在距今700~500萬(wàn)年時(shí)期C4植物的快速擴(kuò)散形成鮮明的對(duì)比,這是由不同地區(qū)之間雨量和大氣條件的差異引起的,說(shuō)明東亞季風(fēng)的強(qiáng)度在新近紀(jì)時(shí)期還比較弱。另一方面,臨夏盆地的δ18O在距今600萬(wàn)年之后存在明顯的負(fù)偏移,是全球變冷趨勢(shì)在這一地區(qū)的反映。中國(guó)新近紀(jì)晚期的三趾馬動(dòng)物群化石非常豐富。根據(jù)動(dòng)物群組合特點(diǎn)及有蹄類(lèi)高冠齒的普遍存在,中國(guó)以及歐亞大陸其他地點(diǎn)的三趾馬動(dòng)物群都曾被認(rèn)為生活于稀樹(shù)草原環(huán)境中。分析中國(guó)三趾馬動(dòng)物群化石釉質(zhì)碳同位素組成的結(jié)果顯示:中國(guó)西部在晚中新世和早上新世是以C3草本植物為特征的溫帶草原,并非以C4植物占優(yōu)勢(shì)的稀樹(shù)草原。另一方面,C4植物直到晚中新世最晚期才開(kāi)始在山西東部地區(qū)出現(xiàn),其比例在上新世時(shí)得到進(jìn)一步的提高,但仍未占據(jù)統(tǒng)治地位。青藏高原在中中新世開(kāi)始的明顯上升造成了高原北部的降溫和干旱,抑制了C4植物在中國(guó)北方,尤其是西北部的擴(kuò)散。隨著東亞夏季風(fēng)的加強(qiáng),C4植物才逐漸從東向西擴(kuò)散,造成了上新世時(shí)期華北地區(qū)在東西方向上的顯著環(huán)境分異。蒙古高原雖遠(yuǎn)離青藏高原,但受到青藏高原隆升產(chǎn)生的氣候效應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明,新近紀(jì)時(shí)蒙古高原出現(xiàn)了大量適應(yīng)半干旱氣候下開(kāi)闊草原環(huán)境的哺乳動(dòng)物,其演化歷史也詮釋了青藏高原的隆升過(guò)程。這是因?yàn)殡S著青藏高原的隆升,蒙古高原也被相對(duì)抬高,使季風(fēng)在這個(gè)地區(qū)的影響變得很弱。更為重要的是,內(nèi)蒙古中部是我國(guó)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物化石研究歷史最長(zhǎng)、含哺乳動(dòng)物化石層位最多的經(jīng)典地區(qū)(圖7,見(jiàn)彩插三)。這個(gè)地區(qū)目前所發(fā)現(xiàn)的化石涵蓋了華北和西北地區(qū)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群的大部分屬種,能較為真實(shí)地反映古生態(tài)環(huán)境特征,并為建立亞洲新近紀(jì)陸相生物年代框架奠定了重要基礎(chǔ)。另外,這一地區(qū)的部分地層還夾有數(shù)層玄武巖,是中國(guó)少有可以進(jìn)行同位素測(cè)年的新近紀(jì)地點(diǎn)(圖8,見(jiàn)彩插二)。這樣有利的條件將能夠建立起精確的年代地層框架,從而為中國(guó)新近紀(jì)的哺乳動(dòng)物化石和氣候環(huán)境背景研究提供一個(gè)對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)或參照體系。植物是古氣候環(huán)境的另一個(gè)顯著指標(biāo),因此加強(qiáng)古植物的研究至關(guān)重要,可以作為判斷陸地生態(tài)環(huán)境的重要輔助手段。中國(guó)晚新生代的陸相沉積中植物大化石比較缺乏,但孢粉化石豐富,可以反饋氣候環(huán)境演變的有效信息,提取的孢粉類(lèi)型還可以部分指示C4/C3植物的分布。晚中新世以來(lái),全球的植被發(fā)生了從C3植物向C4植物的演替,但C4植物在世界各地的擴(kuò)散并不同時(shí)。晚新生代青藏高原的隆升對(duì)東亞地區(qū)的哺乳動(dòng)物演化具有直接而深遠(yuǎn)的影響,隨之而來(lái)的全球性C3植被向C4植被的變遷顯然與氣候變化有直接的關(guān)系,而食草哺乳動(dòng)物也從低冠齒向高冠齒演化以不斷適應(yīng)草中硅質(zhì)礦物的增高。近年來(lái)古哺乳動(dòng)物的研究在青藏高原周緣地帶都有長(zhǎng)足的進(jìn)展。以美國(guó)和法國(guó)古生物學(xué)家為主的研究人員在印度及巴基斯坦的西瓦立克地區(qū)連續(xù)幾十年的努力,已經(jīng)對(duì)南亞次大陸哺乳動(dòng)物的演化順序有了較詳細(xì)的了解。而在青藏高原腹地和北緣,中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所過(guò)去20多年間在西藏、青海、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等地都建立起一系列晚新生代哺乳動(dòng)物化石剖面。在青藏高原周邊國(guó)家以及我國(guó)的云南等地也都不同程度上建立了哺乳動(dòng)物演化序列,將各個(gè)動(dòng)物群面貌進(jìn)行對(duì)比,就能識(shí)別出青藏高原及其鄰區(qū)新近紀(jì)以來(lái)的分化。晚新生代青藏高原的隆升對(duì)東亞地區(qū)哺乳動(dòng)物的演化具有直接而深遠(yuǎn)的影響,而對(duì)化石的研究是恢復(fù)環(huán)境變化歷史和認(rèn)識(shí)青藏高原隆升過(guò)程的重要手段。我國(guó)北方新生代各時(shí)期的哺乳動(dòng)物化石地點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)的材料都比較多,是研究哺乳動(dòng)物演化及環(huán)境背景不可多得的地區(qū)。由于哺乳動(dòng)物演化速度快,對(duì)環(huán)境變化反映靈敏,其組合和分布能夠指示環(huán)境的變遷。因此,通過(guò)對(duì)哺乳動(dòng)物時(shí)空演化的研究去探索古環(huán)境的變遷無(wú)疑是很有潛力的課題。2本研究圍繞中國(guó)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物演化對(duì)重大氣候環(huán)境變化的響應(yīng)這個(gè)主題,研究?jī)?nèi)容將主要包括以下幾個(gè)方面:(1)蒙古高原中部地區(qū)的動(dòng)物生態(tài)群落對(duì)青藏高原東北緣臨夏盆地的研究顯示,其新近紀(jì)的動(dòng)物群包含許多不同于中國(guó)東部的哺乳動(dòng)物新屬種,而蒙古高原中部地區(qū)則可以作為中國(guó)經(jīng)典新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群的代表,顯示這兩個(gè)區(qū)域在動(dòng)物生態(tài)類(lèi)型及其環(huán)境背景上有顯著的差別。今后還將對(duì)這兩個(gè)工作地區(qū)新近紀(jì)動(dòng)物群的性質(zhì)進(jìn)行深入研究,比較哺乳動(dòng)物群之間的異同,并與大的構(gòu)造背景相結(jié)合,探討動(dòng)物群分異和演替的機(jī)制,進(jìn)而精確地判斷它們所代表的環(huán)境特征。(2)晚新生代地層的對(duì)比研究甘肅臨夏盆地和內(nèi)蒙古中部地區(qū)的晚新生代地層非常發(fā)育,沉積較連續(xù),出露良好,產(chǎn)狀平緩,地層構(gòu)造簡(jiǎn)單,富含哺乳動(dòng)物化石,可以建立歐亞大陸最完好的晚新生代陸相地層的標(biāo)準(zhǔn)剖面,并進(jìn)行嚴(yán)格的國(guó)際對(duì)比。哺乳動(dòng)物化石能夠確定相對(duì)的地質(zhì)時(shí)代,而作為新近紀(jì)遠(yuǎn)距離不同區(qū)域的生態(tài)特征和環(huán)境背景的精細(xì)對(duì)比顯然需要嚴(yán)格同時(shí)的時(shí)間框架。兩個(gè)對(duì)比研究工作地區(qū)有進(jìn)行古地磁分析的適宜沉積物,并且在內(nèi)蒙古中部地區(qū)夾有玄武巖。因此,有條件建立精確的年代地層學(xué)框架并用于生態(tài)環(huán)境特征的等時(shí)對(duì)比。(3)內(nèi)鏡c植物不同擴(kuò)散的影響機(jī)制植被特征是環(huán)境演變的有效指示,尤其在新近紀(jì)青藏高原隆升和亞洲干旱化形成的重要時(shí)期具有更關(guān)鍵的意義。C4植物的出現(xiàn)時(shí)間及其與C3植物的消長(zhǎng)關(guān)系是需要回答的關(guān)鍵問(wèn)題,而C4植物擴(kuò)散或抑制的機(jī)制顯然與高原隆升影響大氣環(huán)流和碳循環(huán)有關(guān)。根據(jù)對(duì)食草哺乳動(dòng)物化石和古土壤中穩(wěn)定碳、氧同位素的分析可以較為準(zhǔn)確地反映出植被演變的過(guò)程,此前的研究已經(jīng)得到一些重要的線(xiàn)索,但在新近紀(jì)同一時(shí)期從青藏高原到蒙古高原的連續(xù)演變序列尚不清楚,下一步的研究結(jié)果將提供詳細(xì)的信息。(4)青海湖隆升時(shí)序和幅度青藏高原的隆升已被證實(shí)是東亞甚至全球晚新生代氣候環(huán)境演變的重要驅(qū)動(dòng)力,但關(guān)于其隆升的過(guò)程尚有許多未知的問(wèn)題,并存在極大的爭(zhēng)議。生物與環(huán)境密切相關(guān),甘肅臨夏盆地和內(nèi)蒙古中部地區(qū)哺乳動(dòng)物的分布、遷徙和生態(tài)特征可以直接反映高原的隆升幅度。孢粉化石能夠?qū)Φ刭|(zhì)歷史時(shí)期的植被情況作出較為精確的判斷,而沉積物的變化也是環(huán)境演變的直接體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)工作地區(qū)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物演化、植被特征、沉積物性質(zhì)和穩(wěn)定同位素水平的綜合研究,在精確的古地磁測(cè)年的基礎(chǔ)上將對(duì)青藏高原的隆升時(shí)序和幅度作出可信的判斷。綜上所述,將全面系統(tǒng)地對(duì)臨夏盆地和蒙古高原中部的新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群進(jìn)行對(duì)比研究,根據(jù)大量新材料對(duì)中國(guó)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物的各個(gè)門(mén)類(lèi)進(jìn)行修訂和更新,使中國(guó)北方的哺乳動(dòng)物群在系統(tǒng)分類(lèi)研究上達(dá)到當(dāng)前世界一流水平。在實(shí)測(cè)剖面的基礎(chǔ)上理順研究地區(qū)新近紀(jì)的哺乳動(dòng)物化石層位,建立其精確生物地層序列,在嚴(yán)格同時(shí)的條件下對(duì)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群進(jìn)行組成、演化和生態(tài)特征的恢復(fù)與對(duì)比。認(rèn)清青藏高原和蒙古高原新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群的異同,以及兩個(gè)對(duì)比性研究地區(qū)各自的哺乳動(dòng)物群在時(shí)間序列上的演變規(guī)律。通過(guò)對(duì)哺乳動(dòng)物化石釉質(zhì)與沉積物,特別是古土壤中碳、氧穩(wěn)定同位素的分析,闡明從青藏高原到蒙古高原C3/C4植被的分布和演化規(guī)律。結(jié)合孢粉資料指示的植被信息,判斷中國(guó)北方溫度和濕度等氣候要素的變化趨勢(shì)。在對(duì)哺乳動(dòng)物化石和沉積地層綜合研究的基礎(chǔ)上,探索青藏高原隆升的準(zhǔn)確時(shí)序和幅度及其對(duì)東亞氣候環(huán)境變遷的影響。要達(dá)到擬訂的研究目標(biāo),需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題包括:①根據(jù)研究地區(qū)的哺乳動(dòng)物化石新材料對(duì)前人的系統(tǒng)分類(lèi)工作進(jìn)行全面的修訂和更新;②理順臨夏盆地晚新生代的地層剖面,搞清其哺乳動(dòng)物群轉(zhuǎn)換、沉積間斷和環(huán)境演變的精確時(shí)序;③建立蒙古高原中部新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群的組合框架,并與古地磁和同位素年代測(cè)定緊密結(jié)合;④解決新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群在土狀堆積中的埋藏學(xué)難題,并根據(jù)化石釉質(zhì)和古土壤的穩(wěn)定同位素組成以及孢粉分析結(jié)果重建陸地生態(tài)系統(tǒng);⑤最終闡明青藏高原和蒙古高原新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群的演替對(duì)東亞氣候環(huán)境變遷的響應(yīng)以及與青藏高原隆升背景的耦合關(guān)系。3技術(shù)的研究近年來(lái)在年代地層學(xué)、生物地層學(xué)以及古環(huán)境分析等各方面都有很多新方法及新技術(shù)被采用。如古地磁對(duì)絕對(duì)年齡的精確測(cè)定、篩洗法對(duì)小哺乳動(dòng)物化石的大量收集、哺乳動(dòng)物牙齒釉質(zhì)碳同位素對(duì)古植被組成的可靠推測(cè)等等。將這些方法應(yīng)用于青藏高原和蒙古高原的哺乳動(dòng)物化石和環(huán)境背景研究必定會(huì)帶來(lái)令人矚目的成果。(1)設(shè)計(jì)內(nèi)容的證據(jù)對(duì)臨夏盆地和蒙古高原中部的哺乳動(dòng)物以及其他化石作進(jìn)一步的采集,重視完善化石材料的積累。增加剖面上化石的數(shù)量與種類(lèi),尋找新的化石層位,盡可能地逼近地層中化石層縱向“連續(xù)”的要求,掌握哺乳動(dòng)物群的演替過(guò)程。在此基礎(chǔ)上,深入研究這些化石類(lèi)群的性質(zhì)。兩個(gè)研究地區(qū)化石豐富、個(gè)體數(shù)量巨大,地層出露良好、產(chǎn)狀平緩、易于追索,為全面系統(tǒng)地研究其哺乳動(dòng)物群提供了廣闊的前景。中國(guó)新近紀(jì)的不少哺乳動(dòng)物群都產(chǎn)于土狀堆積中,其埋藏過(guò)程和條件一直令人迷惑不解,研究地區(qū)的哺乳動(dòng)物化石和地層條件都顯示是埋藏學(xué)研究的理想地區(qū)。沉積地層中植被信息的提取是恢復(fù)過(guò)去地質(zhì)歷史時(shí)期氣候環(huán)境演變的重要手段之一,孢粉植物群能提供很好的氣候變化記錄,因此,將對(duì)孢粉化石的采集和分析給予充分的重視。(2)動(dòng)物群的對(duì)比研究和沉積理順臨夏盆地和蒙古高原中部新近紀(jì)含哺乳動(dòng)物的化石層位,對(duì)每個(gè)地點(diǎn)的具體層位都需要進(jìn)行細(xì)致的野外工作,以搞清不同動(dòng)物群的組成和確切的產(chǎn)出層位。進(jìn)行動(dòng)物群的對(duì)比研究,建立和完善相關(guān)的哺乳動(dòng)物分期,探討動(dòng)物群的演替并藉此尋找地史事件。哺乳動(dòng)物化石和古地磁是新生代年代地層學(xué)的最佳互補(bǔ)搭檔,兩個(gè)主要研究地區(qū)都已發(fā)現(xiàn)多個(gè)有哺乳動(dòng)物化石控制年代的剖面,巖性以細(xì)粒碎屑巖為主,上下關(guān)系清楚,是進(jìn)行古地磁工作的理想地區(qū)。根據(jù)野外地層觀(guān)察、追索和對(duì)比,利用化石的研究結(jié)果與古地磁、孢粉、地球化學(xué)樣品的測(cè)試結(jié)果相結(jié)合,不斷充實(shí)和完善代表性地層剖面。最終將在哺乳動(dòng)物化石和古地磁綜合研究的基礎(chǔ)上建立精確的生物年代框架。(3)對(duì)對(duì)比分析的意義植被類(lèi)型是對(duì)古氣候環(huán)境的重要指示,因此將加強(qiáng)古植物的研究。中國(guó)晚新生代的陸相沉積中植物大化石比較缺乏,但孢粉化石常見(jiàn),可以反饋氣候環(huán)境演變的有效信息。在重視孢粉分析的同時(shí)還將努力尋找植物大化石。兩個(gè)研究地區(qū)的草食性哺乳類(lèi)化石豐富,為利用牙齒釉質(zhì)的碳同位素組成恢復(fù)晚新生代以來(lái)的陸地生態(tài)系統(tǒng)演變過(guò)程提供了可能。草食性哺乳動(dòng)物的釉質(zhì)以固定比例富集取食的C3或C4植物的穩(wěn)定碳同位素組成,其分析結(jié)果將確定C3和C4植被的分布特征及氣候環(huán)境意義,從而為恢復(fù)東亞晚新生代以來(lái)的陸地生態(tài)系統(tǒng)演變過(guò)程提供證據(jù)。(4)區(qū)域地質(zhì)背景及區(qū)域生物系統(tǒng)的研究古哺乳動(dòng)物的生態(tài)類(lèi)型是恢復(fù)地史時(shí)期氣候環(huán)境變遷的重要基礎(chǔ),臨夏盆地和蒙古高原中部地區(qū)豐富的化石材料有利于這一方法的運(yùn)用。對(duì)已有的大量材料和新采集的化石做進(jìn)一步深入的研究,與世界上其他地區(qū)新近紀(jì)動(dòng)物群以及相關(guān)化石的現(xiàn)生代表進(jìn)行全面的生態(tài)特征對(duì)比分析。在深入研究有關(guān)哺乳動(dòng)物類(lèi)群的系統(tǒng)關(guān)系和地理分布的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)新近紀(jì)青藏高原和蒙古高原哺乳動(dòng)物群的性質(zhì),重建主要研究地區(qū)在新近紀(jì)的氣候環(huán)境背景及其演變規(guī)律。最終通過(guò)生物與環(huán)境的耦合關(guān)系,探討對(duì)東亞環(huán)境及全球變化有重大影響的青藏高原隆升的準(zhǔn)確時(shí)序和幅度。研究哺乳動(dòng)物化石來(lái)揭示新近紀(jì)的環(huán)境演變,其突出的優(yōu)點(diǎn)是:①哺乳動(dòng)物在新生代演化迅速,是陸相地層對(duì)比的一個(gè)先決條件,同時(shí)與古地磁手段相結(jié)合,能夠建立精確的年代地層框架;②哺乳動(dòng)物對(duì)環(huán)境變化敏感,具有短期內(nèi)占據(jù)多種環(huán)境的適應(yīng)能力,因此其演化過(guò)程將反證環(huán)境背景的形成機(jī)制;③哺乳動(dòng)物的牙齒化石易于保存,其形態(tài)最能顯示動(dòng)物的食性和行為,所以哺乳動(dòng)物化石記錄較其他類(lèi)群更豐富且信息量大;④哺乳類(lèi)牙齒的釉質(zhì)是保存各種同位素的良好物質(zhì)載體,對(duì)間接推測(cè)古植被環(huán)境及水溫都具有很大的幫助。此項(xiàng)研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于:①根據(jù)生物形態(tài)的各個(gè)方面進(jìn)行“全證據(jù)”支序分析,以獲得主要哺乳動(dòng)物類(lèi)群的最佳系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,完成系統(tǒng)分類(lèi)的全面修訂和更新;②對(duì)青藏高原和蒙古高原新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群進(jìn)行組成、演化和生態(tài)特征的恢復(fù)與對(duì)比,結(jié)合孢粉、沉積構(gòu)造和古土壤證據(jù),闡明中國(guó)北方新近紀(jì)溫度和濕度等氣候要素的變化趨勢(shì);③將古地磁和同位素測(cè)年手段與哺乳動(dòng)物在新生代的快速演化特點(diǎn)相結(jié)合,建立完整的東亞新近紀(jì)生物年代框架;④通過(guò)哺乳動(dòng)物化石與多學(xué)科的綜合性研究相結(jié)合,更好地探索青藏高原隆升的過(guò)程和影響。4區(qū)域?qū)蛹吧鷳B(tài)環(huán)境演替研究自1978年起中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所專(zhuān)門(mén)組建了新近紀(jì)研究組,對(duì)中國(guó)經(jīng)典地區(qū)的晚新生代哺乳動(dòng)物群各主要門(mén)類(lèi)的化石都進(jìn)行了整理、修訂和再研究,為系統(tǒng)全面地對(duì)我國(guó)的哺乳動(dòng)物群進(jìn)行世界水平的深入研究,在人員、對(duì)比標(biāo)本、文獻(xiàn)等各方面都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近年來(lái)青藏高原的隆升時(shí)間和機(jī)制及其對(duì)現(xiàn)代和古氣候的影響是地球科學(xué)的一大研究熱點(diǎn)。高原隆升的時(shí)間與幅度與東亞季風(fēng)有直接關(guān)聯(lián),并很可能對(duì)全球的氣候都具有深遠(yuǎn)的影響。研究人員近年來(lái)連續(xù)在青藏高原和蒙古高原工作,對(duì)這些地區(qū)的哺乳動(dòng)物化石進(jìn)行長(zhǎng)期采集與研究,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。不論是野外考察或室內(nèi)研究都與歐美多方學(xué)者密切合作,并得到國(guó)內(nèi)外的資助。關(guān)于中國(guó)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物演化對(duì)重大氣候環(huán)境變化響應(yīng)的研究工作從方向、內(nèi)容和方法等方面都具有創(chuàng)新意義并切實(shí)可行。與此同時(shí),國(guó)內(nèi)外的同行們也在中國(guó)新生代的陸相沉積、年代測(cè)定和環(huán)境演變等方面做了大量的工作,為開(kāi)展此項(xiàng)研究提供了重要的參考。中國(guó)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群的重要性和豐富度在整個(gè)歐亞大陸極具代表性。作為此項(xiàng)研究的對(duì)比基干,近年來(lái)在臨夏盆地應(yīng)用哺乳動(dòng)物化石、古地磁、沉積環(huán)境、粒度分析及穩(wěn)定同位素等不同技術(shù)和方法對(duì)生物地層及生態(tài)環(huán)境展開(kāi)多學(xué)科的系統(tǒng)研究。目前已經(jīng)在臨夏盆地建立起一個(gè)比較連續(xù)的晚新生代剖面,并成為這個(gè)時(shí)期我國(guó)一個(gè)高精度、多哺乳動(dòng)物門(mén)類(lèi)、具有世界先進(jìn)水平的經(jīng)典剖面。研究的結(jié)果表明,青藏高原北緣的哺乳動(dòng)物自漸新世至中新世逐漸與高原南緣印巴次大陸的西瓦立克動(dòng)物群疏遠(yuǎn),這無(wú)疑與高原的隆升有直接關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,正是將青藏高原與蒙古高原的哺乳動(dòng)物化石進(jìn)行對(duì)比研究,并據(jù)此更詳細(xì)地認(rèn)識(shí)高原隆升過(guò)程的一個(gè)最好時(shí)機(jī),為更全面地了解東亞環(huán)境演變創(chuàng)造了極為有利的條件。經(jīng)過(guò)一系列的深入研究,將有可能在探索中國(guó)新近紀(jì)哺乳動(dòng)物演化對(duì)重大氣候環(huán)境變化的響應(yīng)問(wèn)題上取得如下幾個(gè)方面的進(jìn)展:①認(rèn)清臨夏盆地和蒙古高原中部地區(qū)的哺乳動(dòng)物群組成、時(shí)代及其演替關(guān)系,確立新近紀(jì)哺乳動(dòng)物群自青藏高原到蒙古高原的分布規(guī)律,重建不同區(qū)域各個(gè)動(dòng)物群的生態(tài)環(huán)境特征,探索哺乳動(dòng)物群演替對(duì)新近紀(jì)重大氣候環(huán)境變化的響應(yīng)。②重建各個(gè)哺乳動(dòng)物群的進(jìn)化序列和轉(zhuǎn)換過(guò)程,構(gòu)筑哺乳動(dòng)物化石與古地磁測(cè)年緊密結(jié)合的新近紀(jì)年代地層學(xué)框架。③確定C4植物在中國(guó)不同區(qū)域的出現(xiàn)時(shí)間及其與C3植物的消長(zhǎng)關(guān)系,與孢粉資料相結(jié)合,恢復(fù)晚新生代以來(lái)青藏高原東北緣和蒙古高原中部的植被演變過(guò)程,進(jìn)而判別溫度和濕度等氣候要素的水平。④根據(jù)哺乳動(dòng)物群的生態(tài)特征推斷不同地理區(qū)域內(nèi)的海拔高度,恢復(fù)青藏高原的隆升時(shí)序和幅度,闡述青藏高原隆升的氣候環(huán)境效應(yīng)及高原鄰區(qū)的不同氣候特征,重建亞洲干旱化和季風(fēng)氣候的形成過(guò)程。(2008年10月7日收到)QIUZX,WANGBY,QIUZD,etal.Landmammalgeochronologyandmagnetostratigraphyofmid-Tert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