科普 | 北回归线上的绿洲早在4000多万年前就已形成
2019/5/25 20:00:29谢宇龙 中国科学院北京分院

     从世界范围来看，南北半球的回归线附近由于受副热带高压和干燥的信风控制，大部分地区被干旱的沙漠或稀树草原覆盖(图1和图2)，而同纬度的我国华南地区却是降水丰沛、林木葱郁的湿润季风区(图1和图3)，因此被誉为“北回归线上的绿洲”。

    

     事实上，以往的研究基于岩性和古植物等资料，揭示了新生代早期(距今6500-5000万年前)华南也曾处于干旱的气候环境中，环境格局与世界上同纬度地区相似。可见自新生代早期至今，华南的气候环境必然经历了沧桑巨变。那么，本应存在华南地区的干旱环境后来为什么消失了？现今盛行于华南地区的季风气候又是何时形成的？

    

     图1 世界陆地自然带分布图(底图来源：http://ditu.ps123.net/world/12964.html.略有修改)

    

    

     图2 热带沙漠和热带稀树草原景观(http://pic.sogou.com)

     植被是对气候变化敏感且直接的指示物，植物的孢粉耐腐蚀、易散布、产量高，能在沉积物中大量连续保存，因而在古气候与古植被的研究中得到广泛应用。地质工作者通过分析和对比地层中的孢粉化石与其现存最近亲缘类群生长分布所适应的气候，将今论古，便可以重建过去的气候，揭示沧海桑田的变化。

    

    

     图3 中越边境上的德天跨国瀑布(广西大新县)与崇左-靖西高速公路沿途风光(谢宇龙摄)

     我们最近的一项研究利用华南地区3个盆地中始新世地层孢粉化石(图4)重建了华南中始新世的古植被与古气候，生动形象的描绘了距今4000多万年前华南的景象：当时的华南植被茂盛，湖泊星罗棋布，河流纵横交错，一派郁郁葱葱、生机盎然景象。喜湿的植物沿河流、湖泊、沼泽分布，盆地或丘陵上分布着亚热带常绿阔叶林，林下潮湿处生长着蕨类植物，周边山地上生长着温带落叶阔叶林或针叶林，植被面貌与现今华南基本相似，反映了温暖湿润的亚热带气候。

    

    

     图4 华南地区中始新世主要孢粉类型(谢宇龙供图)

     利用共存分析法定量重建的气候参数也与现今基本相似：年均温为16.5~23.5℃，年平均降水量为1035~1724mm，气温尤其是降水具有明显的季节性变化，属亚热带季风气候(图5)。降水和气温显著的季节性变化以及年降水量从沿海向内陆递减的空间变化特点与现今受东亚季风影响显著的华南地区的气候特点类似，清晰地指示了华南中始新世的气候主要是受东亚季风影响，而不是传统观点认为的受“热带辐合带”摆动影响形成的热带季风。

    

     图5 百色、茂名和长昌中始新世(Middle Eocene)气候参数与现今气候参数的对比。MAT：年均温；CMT：最冷月均温；WMT：最热月均温；MAP：年均降水量；HMP：平均最大月降水量；LMP：平均最小月降水量；WMP：平均最暖月降水量。

     这一推论也得到了同时代地层中动物化石证据的支持(图6)。通过动物化石，我们可以清楚地看到距今4000多万年前的中始新世华南已经是各种动物繁衍生息的乐园：石炭兽、异鼷鹿等食草动物悠闲地在河流、溪流和沼泽边的灌木草丛中觅食；两只雄性缅甸先炭兽正在为争夺领域和配偶展开激烈的决斗，相互以獠牙状的上犬齿来刺伤对方；茂名鲤栖息在平静且水草丛生的泥底的水中，偶尔也到湖边河流入水口的浅水区游弋觅食；茂名无盾龟和石油马来鳄等爬行动物聚集在浅水边嬉戏，有的还爬到岸上尽情享受着惬意的阳光。这样一个生存环境，进一步佐证了东亚季风至少在4000多万年前就已经在华南地区建立。

    

     图6 广西百色石炭兽及生存环境复原图(baike.baidu.com)和广东茂名油柑窝组发现的茂名无盾龟化石(谢宇龙摄)

     至此估计很多读者不禁会产生疑问：这种温暖潮湿的环境形成的驱动机制是什么？这一切都指向新生代早期的一次大碰撞。

     中生代时期，印度次大陆与冈瓦纳大陆分离后，快速向北漂移并最终在新生代早期与欧亚板块发生碰撞(约5000万年前后)，此后青藏高原开始逐步隆升，东亚的气候环境也由此发生了巨大的变化。

    

     图7 中始新世(约4100万年前)的亚洲古地理简图(谢宇龙绘)

     青藏高原隆起前，包括华南在内的整个亚热带地区，处于副热带高压的控制下，气流下沉，水汽难以凝结，难以成云致雨，因而气候干旱；中始新世时，高原中南部率先隆起，进一步加大了海陆间热力的对比，夏季高原上加强的热低压强烈抽吸周边大气，季风携带着大量暖湿气流从太平洋(部分也来自印度洋)吹来，丰沛的水汽驱散了北回归线附近的干旱，打破了原有的行星风系的控制，给华南带来了丰沛的降水(图7)，由此造就了“北回归线上的绿洲”。

     (作者：谢宇龙 中科院青藏高原所)

     参考文献：

     Xie Y L, Wu F L, Fang X M. Middle Eocene East Asian monsoon prevalence over southern China: Evidence from palynological records. Global and Planetary Change, 2019, 175: 13-26.

     来源：中科院青藏高原所供稿

    

    

    

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