在“地球第三极”发现棕榈化石：青藏高原曾是热带吗？

青藏高原是“世界屋脊”“地球第三极”，因为壮美的风光而成为很多人眼中的“诗和远方”，却也因高寒缺氧、气候恶劣而令人望而却步。然而，数千万年的地质变迁给今天青藏高原所在的位置带来了翻天覆地的变化，我们很难想象那里曾是充满鸟语花香的世外桃源，仿佛是远古的香格里拉。

在《追寻远古的香格里拉：青藏高原科考寻踪》一书中，中国科学院西双版纳热带植物园研究员周浙昆带着我们踏上了一段穿越时间的旅程，用一件件植物化石拼凑出青藏高原在数千万年前的模样。阳光、沙滩和棕榈树是我们熟悉的热带景观，而周浙昆在下文中讲述了在青藏高原发现棕榈化石并如何用这件化石研究高原隆起过程的故事。

2016年夏天，在藏北荒原伦坡拉盆地，一群藏野驴在悠闲漫步，而不远处有一群年轻人正在忙碌着，他们时而抡起撬杠翻开岩石，时而用地质锤将岩石劈成两半，时而仔细检查每一块被劈开的岩石。这是一支来自中国科学院的古生物科考队，由中国科学院古脊椎动物与古人类研究所和西双版纳热带植物园联合组建而成。这里的海拔近4700米，含氧量不及海平面的一半，他们一边要努力工作，一边还要克服高原缺氧的困难。此时虽是仲夏，这里却寒风刺骨，考察队员们不得不穿着厚厚的冲锋衣或羽绒服。高原的冰雹常常不请自来，间杂着电闪雷鸣，顷刻间大地变成白茫茫的一片。

一天下午，正在敲打化石的黄健突然惊叫了一声，大家以为他是被地质锤砸到了手，都关心地围了过来。黄健指着地上半个扇状的化石叶片对大家说：“这是棕榈吗？”从暴露的部分看，扇形的叶片十分像棕榈叶，叶片似有叶柄连接，且似乎一半的叶片和大部分叶柄还埋藏在地层当中。这群受过良好古生物学训练的年轻人马上意识到这块化石的重要性。环顾海拔4700米的高原，仅有寸草，何来棕榈？这里显然是经历了沧海桑田的巨变，这块棕榈化石也许能告诉我们在远古时期这里的另一幅完全不同的景象。他们放下手里的其他工作，对这块化石进行细心发掘。经过近4个小时的努力，整块化石被取了出来，任何一个和棕榈化石相关的岩石碎片都被小心地收集起来。

两个星期以后，整块化石被运到了西双版纳热带植物园，放到了我们的储藏室。这个时候的化石还只是露出了一小部分，还需要将化石剥开才能看清楚化石的全貌。剥开化石有一定的风险，苏涛说：“周老师，你来吧。”于是，我和苏涛小心翼翼地花了近两个小时的时间，将整个化石面剥离了出来。同时，我们又对照着正反两面将一些从野外带回来的碎片拼接完好。最终，一块长接近1米，正反两面都保存完好的棕榈化石被呈现出来。打开化石上下两个面的时候，真有一点打开埃及法老古墓的感觉。

▲在实验室经过剥离修整后的棕榈化石（正反两面）

青藏高原的形成是亚洲乃至全球6500万年以来最重要的地质事件。高原的隆升改变了亚洲的大气环流、地形地貌、生态环境及生物多样性格局。在青藏高原的研究中，高原何时形成、如何形成是最核心的问题。近百年来，不同的学者依据不同的材料得出不同的结论。自20世纪八九十年代以来，关于青藏高原隆升的观点有数十种。这些观点大致可以被分为以下三类：一是以李吉均院士为代表的多旋回复杂抬升过程，并于晚上新世以来快速隆升达到或接近现今高度的假说。整个假说可以简单总结为自印度板块与欧亚大陆碰撞以来，青藏高原经历了三次强烈隆升和两次剥蚀夷平，但高原的强烈隆升始于360万年前。二是徐仁院士等则认为，青藏高原从始新世开始逐渐隆升，到上新世经历了一个快速隆升的过程。三是部分国外学者，如以哈里森等为代表的学者认为，高原南北向正断层的发育代表高原隆升到最高高度后发生重力垮塌向东西向伸展形成，并据此认为青藏高原的地貌格局在中新世就已经形成，同时，他们也利用了伦坡拉盆地牛堡组的古土壤同位素重建了伦坡拉盆地的古高程，认为在3500万年前青藏高原就已经达到了现今的海拔。

这些观点虽不尽相同，但似乎都把青藏高原的隆升作为一个整体来认识，言及高原的隆升都是指整个青藏高原的隆升。伦坡拉盆地位于西藏北部，是青藏高原第二大沉积盆地。因为这套地层位于班公湖—怒江缝合带，伦坡拉盆地成为研究青藏高原隆升的热点地区。说句玩笑话，与伦坡拉盆地相关的SCI论文比伦坡拉盆地的村庄数目要多得多。

2006年，罗利和柯里利用氧同位素重建了伦坡拉盆地的古高程，他们在《自然》发表的文章认为，3500万年前伦坡拉盆地就已经达到了4600米的高程。2012年，邓涛等根据伦坡拉盆地的近无角犀化石，推测早中新世的伦坡拉盆地环境湿润，古高程接近3000米。2014年，孙继敏等利用孢粉组合、共存分析等方法重建了伦坡拉盆地丁青组的古高程，他们认为在晚渐新世到早中新世伦坡拉盆地的古高程为3190±100米，这个高度比罗利和柯里的结果低了将近1500米。随后在2017年，吴飞翔等人根据伦坡拉盆地的攀鲈化石，推断在晚渐新世伦坡拉盆地的古高程仅为1000米左右。由此可见，不同方法重建的古高程结果差异极大，伦坡拉的古地貌是破解青藏高原形成演变的未解之谜，而棕榈化石或许就是揭开整个谜底的关键证据。

全球的棕榈科植物共有188个属，约2585种，它们集中分布在热带和亚热带地区。阳光、沙滩、棕榈树是多数人心目中标准的热带景观，西双版纳热带植物园就有一个十分漂亮的棕榈园，收集了来自全球热带地区的500多种棕榈科植物。在青藏高原腹地发现的棕榈化石，是否表明这里曾经存在着热带或亚热带环境呢？

▲西双版纳热带植物园中的棕榈园

利用这块棕榈化石重建伦坡拉盆地的古高程，破解伦坡拉盆地的古地貌是我们的研究目标。目前，定量重建古高程的方法有非生物和生物两大类。前者包括利用稳定同位素、生物标志物等，罗利和柯里对伦坡拉古高程的重建运用的就是氧同位素；后者包括共存分析法、湿静态能平衡法等，我们的同行好友鲍勃·斯派塞教授等人对西藏南木林，以及我们对芒康古高程的重建运用的都是湿静态能平衡法，若是利用孢粉植物群重建伦坡拉盆地的古高程，运用的则是共存分析法。利用湿静态能重建古高程的一个关键数据是化石产地的热焓值，这个关键值是通过对植物群古气候的重建获得的。我们在伦坡拉盆地尚未获得足够多的叶片形态化石，因此无法得到伦坡拉盆地的古热焓值，因而不能用这种方法来重建古高程，还得寻找新的方法。

气温会随着海拔的升高而下降，海拔和气温呈负相关关系。气象学中把海拔每升高100米气温的降低值称为气温直减率。也就是说，如果知道一个地点的温度、海平面的温度和气温直减率，就可以求得这个地区的高程。气温直减率似乎是一种确定古高程的简便方法，如果知道海平面的古温度、化石点的古温度和同时代的气温直减率，利用公式Z=（T同时代海平面古温度–T化石点古温度）/γ气温直减率，即可获得化石点的古高程。

这个公式看似仅需要三个数据，但是对于古生态学来说，每个数据的获取都非常困难。同时代海平面的古温度几乎就是可望而不可即，化石点的古温度也需要足够的材料才能获得, 而气温直减率看似简单，却也非常复杂。因为气温直减率受环境和地形地貌的影响极大，不同地质时代、不同地区、同一地区不同地形地貌的气温直减率都是不一样的，所以这个看似简单的常数，实则变化多端。目前，运用气温直减率重建古高程最常见的问题就是采用全球平均值而非实地值来计算，这也是这个方法饱受诟病之处。

一开始我们的思路是找到棕榈化石最近亲缘种的生态幅，然后通过生态幅来推测当时的古环境和古高程，为此我们收集了上万条现代棕榈的分布数据。就在这个时候，《科学报告》杂志上发表了一篇文章，对棕榈科的生态幅进行了分析，认为最冷月均温5.2℃是棕榈科植物生存的一个重要限制因素。于是，我们就利用限制棕榈科生存的最冷月均温这个最低门槛，来破解棕榈化石所代表的最大古高程。

我们设计了13种不同高程峡谷和不同高程平原的情景，然后分别模拟了不同情景下的年均温、最冷月均温、伦坡拉最冷月的气温直减率（γ），进而预测各种情景下棕榈能够生存的古高程。同时，我们还模拟了各种情景下喜马拉雅南坡这个化石点的年均温和它的最冷月均温。然后，各种情景下的模拟数值就形成了不同的过滤值。一些情景由于最冷月均温的模拟值低于棕榈生长的最冷月均温5.2℃首先被放弃；平原的情景也或因最冷月均温低于5.2℃，或因年均温和最冷月均温模拟值，与印度东北部接近海平面化石点、喜马拉雅南坡植物群的重建值之间有较大差异而被放弃；之后，再筛除掉利用气温直减率推测的古高程与模型情景设定高程不符的结果。最后，海拔2000米的峡谷情景得出的模拟值最符合棕榈的生长条件，考虑高原东南部的芒康地区海拔如今已经达到了3900米的高程，我们认为海拔不超过2300米的峡谷情景设定最符合逻辑。

综上所述，晚渐新世西藏似沙巴棕分布在海拔不超过2300米的东西向峡谷中，峡谷两侧是海拔超过4000米的冈底斯山脉和羌塘山脉，峡谷的东段封闭。因此，新近纪（约2300万年前）之前如同现今面貌的青藏高原还没有出现。我们的研究与其他古生物证据趋于一致，却明显有别于同位素方法得出的结果。换言之，青藏高原的地形地貌应该比人们之前的认识要复杂得多。

我们的这项工作，于2019年正式发表于国际学术期刊《科学进展》。正如其中一位审稿人所言，这项研究最重要的基石是棕榈化石。诚然，没有这块棕榈化石，就不可能有后续这一系列的工作，模型也就成了空中楼阁。古生物学是以发现为基石的学科，化石的发现都带有一定的偶然性，甚至还有几分幸运。然而，这偶然中更蕴含着必然。我们研究的化石都是在青藏高原海拔4600米以上的地层中一榔头一榔头敲打出来的，那一天，谁打到了棕榈是偶然，是幸运。但如果棕榈在那儿，通过一次次的野外工作和数以万次的敲打，总有一天会被敲打出来，这就是必然。以海拔4800米的伦坡拉盆地为例，我们前前后后去了7次，苏涛和吴飞翔两位年轻人更是每年不止一次地前往青藏高原，他们前后去过十多次，而且每次一待就是数周。正是因为有了这群热爱青藏高原古生物学研究的科考队员的坚守，才会有这个幸运的发现，天道酬勤就是这个道理吧。

请允许我放飞一会儿思绪，描述一下3900万年前藏北的景象：那个时候的伦坡拉温暖湿润，在东西向峡谷的底部是深邃的湖泊。湖泊里攀鲈在自由游弋，湖水拍打着岸边的香蒲和芦苇，不远处是高大的棕榈树和犀牛，两岸的山坡则分布着栾树和兔耳果。随着印度板块的持续挤压，当最后一株棕榈树倒下的时候，峡谷被填平，高原缓缓升起，巍峨的青藏高原主体最终形成。

（本文选自《追寻远古的香格里拉：青藏高原科考寻踪》第一章第2节“藏北最后的棕榈树”，原文有删节，标题为编者所加）

书名：《追寻远古的香格里拉：青藏高原科考寻踪》

‍♂️ 作者：周浙昆

内容简介

这是一部青藏高原第二次综合科学考察队员的纪实科考著作，全书以“追寻远古的香格里拉”为核心线索，串联藏北最后的棕榈树、进入青藏高原之门、丈量青藏高原、天路之旅、巅峰使命等章节。作者以通俗笔触，真实记录了古生物科考队古植物学分队的实地勘探经历——从海拔6500米的险峻高峰到 藏北无人区，从化石发掘到植物化石分析，生动呈现科考过程中的艰辛与收获。

书中既阐释了植物化石、珍稀植物在青藏高原地质演化、古气候变迁、植物多样性与环境协同演变研究中的核心价值，也融入了多学科协同攻关的科研实践与科考人的坚守精神，最终以科学视角勾勒出这片“地球第三极”曾有的远古秘境风貌，让读者在领略科考魅力的同时，读懂国家科考的战略意义与自然演化的神奇。