晚新生代天水盆地孢粉记录的气候变化与青藏高原隆升

摘要

新生代以来青藏高原隆升改变了亚洲的大气环流模式，引起或加强亚洲季风环流和内陆干旱环境，并可能对全球降温过程以及北半球冰盖的形成产生深刻影响。长期以来，青藏高原隆升的时间和幅度，以及与之相关的亚洲季风及内陆干旱化起源和发展等重大科学问题一直受到研究者的关注。对关键时期高原及周边地区气候事件的研究将有助于深入理解亚洲季风、内陆干旱化的形成和演化过程及其驱动机制，甚至能够反演青藏高原的隆升过程和幅度。此外，青藏高原及其邻区是世界上生物多样性热点地区之一，生活大量特有种，其物种形成与该区域重大构造活动和气候变化有关，生物进化方面的研究也能够为提供独特的视角来理解高原隆升及其环境效应。
　　高原东北缘的陇中盆地，地处青藏高原和黄土高原的转换部位，同时处在中国三大自然区的交汇地带，在构造上位于青藏高原东北向伸展的最前缘，对气候和构造响应敏感。天水盆地是陇中盆地的一个次级盆地，晚新生代以来的地层分布广泛、连续，并且富含动植物化石，记录了晚新生代以来的青藏高原隆升过程及其气候效应。孢粉因为外壁质密坚硬，耐腐蚀，产量大，散布广泛，易保存，气候意义明确等优点，是研究古气候的重要代用指标。
　　本文选择天水盆地有精细磁性地层年代控制的尧店剖面和喇嘛山剖面以及平行的灰泥沟剖面，通过详细的孢粉学研究，重建晚中新世以来盆地植被和气候演化序列，并探讨其驱动机制。同时，综合青藏高原及周边新生代古高程重建结果、具高程意义植物化石资料以及生物演化方面的研究，初步分析青藏高原隆升过程和幅度。获得以下主要结论和认识：
　　1.基于天水盆地晚中新世以来的孢粉记录恢复的植被和气候变化过程与邻近地区具有可比性。11.4–7.4Ma期间研究区为温暖湿润的阔叶林景观，后期森林变得开阔；7.4–6.4Ma期间森林-草原发育，气候变干；3.6–3.2Ma期间盆地内部发育干草原；3.2–2.6Ma期间气候温凉湿润，植被垂直分带明显，湖泊周边生长以松、榆、栎和铁杉为主的针阔叶混交林，随海拔增高出现以云杉和冷杉为主的亚高山针叶林，后期(2.74Ma)温度进一步下降，植被带整体下移。
　　2.对比亚洲其它地区记录表明内陆干旱化始于~8Ma。孢粉记录的研究区持续变干过程与晚中新世以来全球持续变冷一致，而植被演替序列记录的两次变干过程也与青藏高原在此期间的隆升事件大体吻合。因此，认为晚中新世全球变冷和青藏高原隆升共同导致研究区环境变干。晚上新世天水地区降水丰沛，可能原因是高原东北缘地区强烈隆升，在山前地区产生强烈的地形效应，形成地形雨，分布喜湿的亚高山针叶林。同时也可能与晚上新世东亚夏季风的增强有关。
　　3.喇嘛山组页岩形成时的环境温暖湿润，湖边发育栎林，随海拔增长依次发育松、铁杉林和云杉、冷杉林。使用共存分析法重建古气候：年平均温度17.1(12.1–22.1)℃，最热月温度24.5(21.0–28.0)℃，最冷月温度4.4(1.8–7.0)℃，气温年较差19(13–25)℃，年平均降水量930(655–1204)mm，最热月降水量220(191–248)mm，最冷月降水量13(7–19)mm。与现代中国西南地区四川省资阳和遂宁的亚热带季风气候类似，冬季比较温暖。同时，从孢粉和粒度研究推测喇嘛山组页岩为年纹层，暗色层形成于冬春季，浅色层形成于夏秋季，进一步说明晚上新世天水地区受季风气候影响。
　　4.对高原及周边地区云杉属、冷杉属分布资料的研究表明，高原及周边山地在晚上新世海拔增高，亚高山针叶林普遍分布，进入第四纪温度降低，亚高山针叶林向低海拔地区扩张，高原也进一步隆升，内部发育草甸或荒漠，亚高山针叶林仅存在于高原周边山地。生物分子系统发生学与亲缘地理学研究表明高原及周边地区特有种形成或与其近亲分化时间集中在晚中新世晚期和上新世，并在第四纪期间种内分化加速，这些不同类群生物在分化时间上的巧合可能暗示高原物种进化受到晚中新世-上新世高原隆升的影响。

目录

声明

第一章 绪论

第一节 新生代环境变化研究的主要进展

第二节 青藏高原隆升过程及其环境效应研究

第三节 选题依据

第二章 研究区概况

第一节 研究区自然环境

第二节 地质背景

第三节 研究剖面地层与年代

第三章 样品采集、分析

第一节 孢粉化石提取方法、鉴定与统计

第二节 孢粉记录

第四章 孢粉记录的影响因素与主要花粉类型生态意义

第一节 孢粉记录的影响因素

第二节 主要花粉和藻类的生态意义

第五章 孢粉记录反映的植被与气候变化

第一节 尧店剖面

第二节 喇嘛山和灰泥沟剖面

第三节 喇嘛山组页岩

第六章 晚新生代以来青藏高原东北缘环境演化

第一节 干旱化与季风演化

第二节 高原隆升

第七章 主要结论与问题

第一节 主要结论

第二节 存在问题与展望

参考文献

附录1 中国云杉属(Picea)

附录2 中国冷杉属(Abies)

附录3 青藏高原古高程定量重建结果

附录4 青藏高原及周边地区物种演化研究

在学期间科研成果

致谢