《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Warm and humid Central Asia in the early Paleocene revealed by the Altay flora of Xinjiang, northwestern China
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古气候重建显示新疆阿尔泰早白垩世为温暖湿润气候，年均温14.1℃，四季温差小，降水集中，与现代中亚气候差异显著，可能由海退、造山运动及全球变冷共同驱动。
张瑞志|李向川|何文龙|魏立杰|肖亮|雷万山
中国长安大学地球科学与资源学院，西安710054
摘要
地质档案记录了新特提斯海及其周边地形抬升在新近纪早期的时空发展过程，然而它们对古新世期间中亚气候和植被演化的影响仍知之甚少，因为相关的区域定量研究相当有限。在这里，我们采用了叶缘分析（LMA）、叶面积分析（LAA）和气候叶分析多变量程序（CLAMP）来定量重建中国西北部新疆地区古新世早期的气候。气候估计结果显示：年平均温度（MAT）为14.1°C，最热月平均温度（WMMT）为23.1°C，最冷月平均温度（CMMT）为5.7°C，生长季长度（LGS）为8.4个月，生长季降水量（GSP）为158.6厘米，三个最湿润月份的降水量（3-WET）为80.7厘米，三个最干燥月份的降水量（3-DRY）为24.6厘米。此外，最冷月的最低温度和大陆性指数分别为2.3°C和17.4。这些结果表明，古新世时期的阿尔泰地区以温暖温带海洋性气候为主，温度和降水量季节性变化较弱，夏季缺乏酷热，冬季也没有极端寒冷。这些古新世早期的生态特征也通过同时期的邻近植物群得到了证实，这些植物群代表了温暖温带的针叶-阔叶混交林，但与中亚现代类似植被有显著差异。古新世与现今之间的主要气候和植被差异可能是由（原）副特提斯海的退缩、造山运动以及古新世后的全球降温共同驱动的。
引言
如今，新疆位于内陆中亚的中心地带（Dani和Masson，1992），是全球最大的内陆干旱地区之一。这种极端干旱状况源于其独特的地理位置——被广阔的山脉环绕，且距离所有海洋水汽源都非常遥远，导致大气湿度传输受到严重限制。这些因素共同造就了极端的气候特征，表现为温度季节性变化剧烈和降水量极少，形成了以无树草原和戈壁沙漠为主的现代生态系统（Barbolini等人，2020；Qin等人，2021）。要了解亚洲内陆这些干旱生态景观的历史发展，需要对新生代植物群和非生物环境因素进行系统的定量研究。
古新世是新生代的一个关键地质时期，这一时期发生了重大的生物演化和气候变化，例如K-Pg灭绝事件的结束以及生物恢复的开始和古新世-始新世热极值（PETM）。在这一时期，全球平均温度约为24–25°C（Hansen等人，2013），远高于现今的14°C，地球呈现出典型的温室气候（Westerhold等人，2020；H?nisch等人，2023）。印度板块和亚洲板块在古新世开始碰撞（Hu等人，2015），但该地区的地形仍然很低（Ding等人，2022），因此新特提斯海的不同部分要么闭合，要么孤立（Zhu等人，2022），并在中亚地区形成了原副特提斯海（Palcu和Krijgsman，2023）。然而，陆地植被和气候对古新世独特温室环境及构造/地理事件的共同演化过程在中亚内陆仍知之甚少。
新疆的新生代大陆地层分布广泛，其中发现了大量保存完好的哺乳动物、软体动物和介形虫化石（Sun等人，2014），但同时期的植物群记录非常稀少，只有西昆仑地区的上新世植物群得到了系统记录（Liu等人，2021）。对新生代植物群和相关气候的研究不足严重限制了我们对这一关键地区植被和生态共同演化的理解。因此，来自古新世早期的古植物学证据将在揭示这些历史谜团方面发挥重要作用，特别是与全球变化以及新生代早期中亚陆地-海洋分布动态的关系。
新疆北部的阿尔泰植物群是中国著名的古新世早期化石植物群，出土了大量乔木植物的大型化石，包括叶子、果实和木材（Guo等人，1984；Manchester和Guo，1996；Kva?ek等人，2001；Zhang和Guo，2006）。此前，Guo等人（1984）、Kva?ek等人（2001）和Akhmetiev与Zaporozhets（2014）的研究表明，阿尔泰植物群富含温暖温带/亚热带树种（如Sequoia Endl.、Populus L.、Pterocarya Nutt. ex Moq.、Cercidiphyllum Siebold & Zucc. (Trochodendroides) 和 Platanus L.）以及亚热带/热带树种（如Taxodium Rich.、Glyptostrobus Endl.、Ficus L.、Pterospermum chreb.、Exbucklandia R. W. Br. 和 Mussaenda L.）。除了这些现存属外，该植物群还包括一些已灭绝的元素，如针叶树Ditaxocladus（Guo等人，2012）、卫矛科植物Nordenskioldia（和Zizyphoides）（Crane等人，1991）、已灭绝的桦木属Palaeocarpinus（Manchester和Guo，1996）以及已灭绝的悬铃木属Platanus bella（Kva?ek等人，2001）。根据现代亲缘关系，Guo等人（1984）提出古新世阿尔泰地区经历了与长江中下游现存气候相似的湿润亚热带气候。然而，迄今为止尚未对阿尔泰植物群进行过定量古气候重建。
本文提供的阿尔泰地区古新世早期的新化石叶片集合为阐明古新世温室世界中的中亚古气候及其背景机制提供了重要机会。我们应用叶缘分析（LMA）、叶面积分析（LAA）和气候叶分析多变量程序（CLAMP）来定量重建阿尔泰植物群的古气候，并根据重建的降水量和温度进一步确定了植被类型，为了解新疆北部的古气候-植被动态提供了新的见解。结合邻近地区的同期古植物学结果，我们还分析了区域陆地植被与环境条件之间的时空关系，揭示了古新世期间中亚地区气候变化的可能驱动因素。
地质背景与材料
在中国西北部的新疆维吾尔自治区，新生代海洋地层零星分布于塔里木盆地西部，代表了古新世至始新世期间的原副特提斯海的存在（Sun等人，2016；Kaya等人，2019；Zhang等人，2022）。相比之下，同时期的陆地沉积物广泛分布在山脉抬升区域（Jolivet等人，2018；Wang等人，2019），尤其是在准噶尔盆地和吐鲁番-哈密盆地。
通过LMA重建的年平均温度
新疆阿尔泰地区的古新世植物群包含29种叶形态种，其中12种的叶缘完整（图3，表3）。应用公式（1）对这些叶形态数据进行计算，得出古新世阿尔泰地区的年平均温度（MAT）估计值为15.8 ± 2.45°C，表明该地区存在温暖温带的古气候。
通过LAA重建的叶面积分布
阿尔泰植物群中29种叶形态类型的叶面积分布见表1（详细数据见补充材料）。
温度
LMA和CLAMP方法重建的年平均温度（MAT）结果总体一致（表3），变化范围在预期的分析不确定性范围内。LMA重建的MAT值比CLAMP重建的值高1.7°C（表3）。LMA和CLAMP之间这种从高到低的趋势变化与中国和欧洲的其他古气候研究结果完全一致（Uhl等人，2007），例如中新世的晓龙潭。
结论
新生代期间，中亚经历了深刻的环境变化。古新世早期阿尔泰植物群的叶组合为揭示区域气候和植被演化提供了重要线索。根据LMA、LAA和CLAMP的结果，重建的气候特征为：年平均温度（MAT）为14.1°C，最热月平均温度（WMMT）为23.1°C，最冷月平均温度（CMMT）为5.7°C，生长季长度（LGS）为8.3个月，生长季降水量（GSP）为158.6厘米，三个最湿润月份的降水量（3-WET）为80.7厘米，三个最干燥月份的降水量（3-DRY）为24.6厘米。这些估计共同表明，古新世阿尔泰地区具有温暖温带气候。
作者贡献声明
张瑞志：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，软件使用，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。李向川：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源获取，项目管理，调查，资金争取，概念化。何文龙：撰写 – 审稿与编辑，监督，调查。魏立杰：撰写 – 审稿与编辑，监督。肖亮：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
我们感谢两位匿名审稿人和主编Howard Falcon-Lang提供的宝贵建议。感谢Chong Dong博士提供的出版物资料，以及Mengyang Li、Nan Wang、Min Deng和Yi Guo在阿尔泰地区野外工作中的协助。同时感谢Gongle Shi博士进行的孢粉学分析，以及Bowen Song博士在介形虫和石莼分析方面的帮助。本工作得到了国家自然科学基金（编号41872017）的资助。
