——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
亞洲季風(fēng)自熱帶印度大陸延伸到溫帶東亞,是地球上獨(dú)特的、強(qiáng)大的徑向大氣環(huán)流系統(tǒng)。印度季風(fēng)是亞洲季風(fēng)的重要組成部分與主要水汽來源(圖1),對亞洲季風(fēng)的變化形成具有重要影響。目前,印度季風(fēng)的形成演化與驅(qū)動(dòng)機(jī)制尚無定論,這在一定程度上限制了關(guān)于未來全球變暖情景下亞洲季風(fēng)變化趨勢、過程和機(jī)制的研究。近年來,研究顯示,印度季風(fēng)開始于始新世甚至古新世,研究使用古氣候記錄多位于北緯20o以南的熱帶季風(fēng)地區(qū)?,F(xiàn)代氣象資料和數(shù)值模擬表明,熱帶季風(fēng)變化由熱帶輻合帶(ITCZ)季節(jié)性擺動(dòng)造成(圖1a),與青藏高原隆起無關(guān)。數(shù)值模擬表明,始新世亞洲季風(fēng)或因當(dāng)時(shí)較高的大氣CO2濃度造成。而進(jìn)一步模擬不支持此種推測,指出始新世亞洲季風(fēng)受大氣CO2濃度增加的影響很小。因此,尋找熱帶以外地區(qū)的古氣候記錄,對于剖析熱帶印度季風(fēng)如何向亞熱帶和溫帶擴(kuò)展以及探索與之相關(guān)的驅(qū)動(dòng)因素和機(jī)制至關(guān)重要。
云南中部(~26 oN)位于青藏高原東南部的亞熱帶地區(qū),有較多的堆積厚層連續(xù)沉積物的狹長新生代盆地。研究發(fā)現(xiàn):沉積物下部為古近紀(jì)紅層,主要由紫棕紅色細(xì)礫巖、砂巖和泥巖組成,而某些層序含有蒸發(fā)巖(鹽和石膏);上部為新近紀(jì)-第四紀(jì)灰色層,伴有煤層和灰?guī)r、泥灰?guī)r層及多層火山凝灰?guī)r。這種巖性的鮮明變化,被認(rèn)為是早中新世亞洲季風(fēng)爆發(fā)的證據(jù),記錄著青藏高原東南部隆起和氣候環(huán)境變化歷史。
云南中部相距500多公里的劍川和曲靖盆地巖性變化最為典型,該研究針對兩個(gè)盆地的雙河剖面(SH)和蔡家沖剖面(CJC),開展了詳細(xì)的年代學(xué)和季風(fēng)氣候記錄研究。研究通過兩個(gè)剖面地層中的火山凝灰?guī)rU-Pb絕對年齡限定,首次建立了劍川盆地和曲靖盆地早新生代連續(xù)高精度磁性地層年代序列;在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用巖相、孢粉學(xué)、紅度、鹽度、巖石磁學(xué)、碳酸鹽和腹足類碳、氧同位素等研究,結(jié)合大型哺乳動(dòng)物化石生態(tài)意義分析,精細(xì)限定云南中部地區(qū)上述兩套巖性的突變年代均約為4100萬年前,古氣候環(huán)境由其之前的干熱轉(zhuǎn)變?yōu)橹蟮募竟?jié)性暖濕,因而是一個(gè)區(qū)域性氣候事件,揭示印度季風(fēng)在此時(shí)向北擴(kuò)展到亞洲亞熱帶約26oN地區(qū)(圖2)。
晚始新世青藏高原的構(gòu)造演化與古地理格局的集成研究(圖3)顯示,約4100萬年前印度板塊漂移速率急劇下降和俯沖型洋殼熔融巖漿活動(dòng)結(jié)束等可能指示印度板塊與亞洲板塊全面碰撞,導(dǎo)致此時(shí)新特提斯??焖訇P(guān)閉、副特提斯海急劇后退、青藏高原南界快速北移和中部唐古拉山地區(qū)快速抬升,耦合全球海平面快速下降和南極降溫,共同導(dǎo)致亞洲陸地面積急速擴(kuò)大,強(qiáng)化海陸熱力對比,可能導(dǎo)致熱帶印度季風(fēng)在約4100萬年前顯著增強(qiáng),快速從南亞熱帶地區(qū)向北擴(kuò)展進(jìn)入亞熱帶云南地區(qū)。
該研究首次確定印度季風(fēng)從熱帶擴(kuò)展進(jìn)入亞熱帶的準(zhǔn)確年代與可能的驅(qū)動(dòng)機(jī)制,對闡釋印度季風(fēng)向北擴(kuò)展路徑、過程和驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及與東亞季風(fēng)形成演化的關(guān)系等重要前沿科學(xué)問題具有重要意義。近日,相關(guān)研究成果以Paleogeography control of Indian monsoon intensification and expansion at 41 Ma為題,發(fā)表在Science Bulletin上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類)“泛第三極環(huán)境變化與綠色絲綢之路建設(shè)”、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)“青藏高原地球系統(tǒng)”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助。
圖1.亞洲季風(fēng)在全球季風(fēng)體系中的位置(a)、分布(b)及亞洲地形、年降水分布與研究區(qū)位置(c)。(綠色星號為剖面位置;白色半透明大箭頭區(qū)域?yàn)镴ohnson,2011展示的印度季風(fēng)水汽和東亞季風(fēng)水汽;天藍(lán)色、黃色和白色點(diǎn)線分別代表區(qū)分濕潤、半濕潤和半干旱區(qū)的800mm、400mm和250mm年降水量等值線)
圖2.云南中部劍川盆地雙河剖面(a)和曲靖盆地蔡家沖剖面的巖相(o)及其氣候環(huán)境代用指標(biāo)(b-f、l-n、p、q)與磁性地層年代控制(g-k);p、q:分別為腹足類個(gè)體碳、氧同位素采樣位置及其測量值變化
圖3.晚始新世亞洲古地理和古氣候格局恢復(fù)(a)及其與熱帶印度季風(fēng)此時(shí)增強(qiáng)和向北擴(kuò)展到中亞熱帶地區(qū)的主要驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)系
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