中国南方海相和陆相古植被记录差异的原因:陆架地貌演化和陆架植被

四月 15th, 2020

在第四纪冰期旋回过程中,华南湿润程度及其植被类型变化一直存在争议。陆地湖泊记录显示冰期时华南地区的地带性植被为亚热带落叶-阔叶混交林,气候依然比较湿润;然而南海海洋记录却显示冰期时周边陆地草本植物大量扩张,气候干旱程度似乎明显加重。目前文献还未对这种记录和解读的差异给出合理解释。推测:海洋记录倾向反映南海北部宽阔陆架上的植被信息,因此与华南陆相古植被记录不一致。陆架植被类型演化与海平面波动引起的陆架地貌变化有关,而与气候干湿变化的相关程度较低。

冰期:中国南方湿润程度可能只有小幅度下降,并不足以引起植被类型在森林和开阔性草地之间的巨大转换。陆架上草本植物扩张,主要是由于陆架前端滨岸地区适合草本植物生存。

冰消期:海平面上涨导致河道地形梯度变缓和淤塞,在陆架上形成很多积水环境(例如沼泽、湿地等)。C4类型中的莎草科和禾本科植被在这种环境中形成竞争优势,因此丰度增加。在很多热带季风区,C4植被扩张往往指示气候干旱程度加深。然而在东亚亚热带地区,莎草科和禾本科里的C4植物却在潮湿的积水环境大量出现。现代植被调查也证实这个解释。因此,植被的气候指示意义因地区而异,需要具体分析。

间冰期:草本植物只在滨岸平原地区较多出现。此时钻孔离海岸线距离比较远,因此沉积记录里草本植物丰度大幅下降。

中国陆架发育历史:与新构造运动相关,陆架面积是在第四纪逐渐扩张的。文章的确发现在距今43万年前的冰消期(Termination-V),当时并没有出现草本植物扩张现象,暗示当时陆架面积还十分有限。在距今34万年之后(Termination-IV),各个冰消期才出现C4类型草本植被扩张现象,并且扩张程度越来越明显,指示南海北部陆架面积变得越来越大。

“地球系统史—从元素起源到智能演化”讲习班顺利举行

六月 2nd, 2016

5月23至27日,来自39个单位(包括香港和海外)150余位研究人员和学生参加了同济大学海洋地质国家重点实验室和IODP中国办公室联合举办的地球系统史讲习班。五天的课程由美国罗格斯大学的Paul Falkowski教授主讲,涉及星球形成与元素演化、生命的化学组成和复杂性演化、地球宜居性变化、人类智力演化及其对地球改造能力等内容。讲习班还利用晚间时间,邀请同济大学的汪品先、田军教授和厦门大学的焦念志教授,用中文为第二天课程做了引导性的讲解。

Falkowski教授为美国科学院院士,是当今国际地学界的领军人物。他纵横化学、生物和地学等多个学科,跨越古今界限,在许多重大的科学问题上都取得了开创性成果。这些科学问题包括大洋初始生产力和浮游植物演化、大气氧化进程、太古代氮循环、光合作用演化等等。每个主题都涉及地球系统演化史上的核心进程。Falkowski教授早早为此次课程指定了数十篇文献和三本教材,希望学员们透过广泛和有深度的阅读,真正了解“地球系统史”这门学科的思维模式。

课程主题的编排也可以看出Falkowski教授广阔的思维视角和抓取核心科研问题的能力。第一天课程从宇宙大爆炸和星体演化讲起,谈论到今天地球上化学元素、水的成因和分布规律,以及地球所处的宇宙环境和基本行星参数演化,最后以板块构造运动的威尔逊旋回结尾。这些宏观的天文和地质过程决定了40多亿以来地球的基本面貌。第二、三天课程进入Falkowski教授最擅长的研究领域,即从地球生命演化史来看地球系统的变迁。在纷繁复杂的生命演化图景中,其实可以盯住一些核心过程来了解生物圈-地圈的协同演化。例如各类生化反应过程中的电子和能量转移如何推动地球环境变化;如何利用所有生命体中都存在的核糖体揭示生物演化进程;光合作用的Rubisco酶以及一些基本细胞器为何跨越数亿年的光阴而保存不变甚至已经与现今环境格格不入;生物酶中必须有的金属元素如何制衡生物的繁衍和环境改造能力;大气氧化进程以及大氧化事件给生物圈-地圈带来的革命性变化等等。第四天课程介绍了现今地球的大气和海洋环流格局及其能量输送,并以第四纪冰期旋回为例,展示了地球系统在这些旋回过程的变迁,特别是海洋和大气碳循环的变化。最后一天课程着重介绍了人类的演化以及人类如何以前所未有的速度在改变地球表层系统的状况。对人类干扰地球系统的巨大能力,Falkowski教授表达了深切的关注和担忧。他建议人类社会应该更加重视并用科学手段缓和并制止这一过程。总体而言,五天课程包含了从最宏观的宇宙演化到最微观的微生物、分子、电子过程,勾勒出了地球系统史这门新学科独特的思考视角。

Folkowski教授结合自己跨学科的研究背景,特别寄语在做的科研人员:进入一个研究领域,继承的都是这个领域的视角和研究模式,很难进行框架外思考。因此一段时间后,应该离开自己的“舒适区”,大胆进入别的学科领域,学习新的方法和思维模式,这样才可能做出创新成果。Paul自己的研究生涯正是受益于此,从生物物理背景进入地学领域,结果就提出许多新颖的研究思路。他抨击现今大学中各个学科过于细致分工的现状,丧失了17世纪时候科学家可以跨越数个领域的能力。Folkowski教授还特别分享了自己教导学生的经验,即一定要让学生学会独立思考,可以理解所获取的实验数据的科学意义,并从中享受乐趣。而不是把学生训练成只会重复做实验的技术人员。

中国有着强大的传统地球科学学科。在新的形势下,传统学科如何融合,如何用“地球系统历史”的视角研究重大的科学问题是中国地球科学面临的挑战。希望这次课程能为中国地球科学转型做出贡献。