9月12日，國際地學(xué)刊物Earth and Planetary Science Letters（簡稱EPSL，Top 5%）在線發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所萬世明研究員（通訊作者）、沈興艷博士研究生（第一作者）及法國巴黎第十一大學(xué)、日本東京大學(xué)等合作的中亞植被長期演變歷史及驅(qū)動機制最新研究成果。團隊通過深海沉積記錄發(fā)現(xiàn)，中亞C4植被在距今530萬年前發(fā)生顯著擴張主要受到西風(fēng)減弱和東亞夏季風(fēng)增強導(dǎo)致的中亞干旱和季節(jié)性加劇的共同驅(qū)動，對提升新生代以來氣候和植被演化相互關(guān)系的理解與認識具有重要意義。
絕大多數(shù)陸生高等植物主要通過兩種光合作用途徑（即C3和C4）固定大氣CO2并合成自身有機質(zhì)，其中所有的喬木、絕大多數(shù)灌木和草本植物采用C3光合作用途徑，而部分灌木和草本植物采用C4光合作用途徑?，F(xiàn)代C4植被在低緯度地區(qū)占統(tǒng)治地位，隨著緯度增加，C3植物含量逐漸增加。C4植被早在一億年前就已出現(xiàn)，而大規(guī)模的C3植被向C4植被轉(zhuǎn)變即C4植被擴張則主要發(fā)生在晚中新世，被認為是地球生物圈對大氣圈變化的一種響應(yīng)，但解釋其擴張機制問題的各種假說（季風(fēng)說、CO2濃度下降說、干旱化說等）迄今尚無定論。
研究站位圖
由于生理過程不同，C3和C4植物的碳同位素組成具有明顯差異。因此，利用碳同位素示蹤可追蹤地質(zhì)歷史時期C3/C4植物的演替歷史。日本海位于亞洲風(fēng)塵通過西風(fēng)帶向北太平洋傳輸路徑上，是來自亞洲內(nèi)陸風(fēng)塵的主要沉降區(qū)。由于其周邊沒有大型河流入海，日本海是研究亞洲風(fēng)塵沉積的理想海區(qū)?？蒲腥藛T以國際綜合大洋鉆探計劃（IODP）346航次在日本海郁陵海盆（Ulleung Basin）鉆取的U1430站位長達258米的巖芯為研究材料，前期通過粘土礦物和Sr-Nd-Pb同位素研究了陸源物質(zhì)源區(qū)并重建了中新世以來亞洲風(fēng)塵輸入到日本海南部的歷史（Shen et al., 2017, EPSL）。在此基礎(chǔ)上進一步提取了沉積物中黑炭并分析黑炭含量、通量和碳同位素（ 13CBC）組成，首次獲得了一千三百萬年以來連續(xù)、高分辨率的亞洲黑炭輸入日本海的歷史及其反映的黑炭源區(qū)--中亞干旱地區(qū)植被演化歷史的綜合信息。
沉積物黑炭的形貌和組成（A. 日本河流；B. 日本海U1430站；C. 黃土）
日本海黑炭記錄的中新世以來亞洲內(nèi)陸植被演化歷史及海陸對比
研究結(jié)果顯示，在530萬年左右廣闊中亞區(qū)域C4植物發(fā)生顯著擴張，C3植被相對減少，滯后南亞地區(qū)C4植被擴張約二百萬年。在討論構(gòu)造時間尺度中亞植物演化歷史時，研究人員首次將西風(fēng)降雨變化作為中亞區(qū)域主要的降水來源之一納入考慮，并且提出冬季西風(fēng)水汽和夏季東亞夏季風(fēng)降雨之間的競爭關(guān)系是決定亞洲生態(tài)系統(tǒng)中C3-C4植物轉(zhuǎn)化的重要觀點。由于全球變冷和青藏高原西北部（天山和帕米爾高原）的隆起導(dǎo)致冬季西風(fēng)降水減弱，而東亞夏季風(fēng)降水在上新世初開始增強，共同引起了中亞和黃土高原地區(qū)的干旱度和季節(jié)性差異增強，進而導(dǎo)致了中亞C4植被在晚中新世-上新世之交的擴張。與先前普遍認為的大氣CO2濃度下降是驅(qū)動C4植物擴張的首要因素的觀點不同，本研究認為CO2濃度下降更可能是C4植物擴張的前提條件而不是驅(qū)動因素，而構(gòu)造驅(qū)動下的區(qū)域水文氣候變化（尤其是季節(jié)性增強）才是影響C4植被擴張的最重要因素，這也是全球尺度C4植被擴張時間不完全同步的主要原因。該研究提升了我們對新生代以來氣候和植被演化相互關(guān)系的理解與認識。
本項研究得到了國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金（萬世明）、青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室“鰲山人才”計劃項目、全球變化與海氣相互作用專項的經(jīng)費支持。
論文出處及鏈接：
1. Shen, X., Wan, S.M.*, Colin, C., Tada, R., Shi, X., Pei, W., Tan, Y., Jiang, X., Li, A., Increased seasonality and aridity drove the C4 plant expansion in Central Asia since the Miocene-Pliocene boundary. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 502, 74–83.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X18305284
2. Shen, X., Wan, S.M.*, France-Lanord, C., Clift, P.D., Tada, R., R villon, S., Shi, X., Zhao, D., Liu, Y., Yin, X., Song, Z., Li, A. History of Asian eolian input to the Sea of Japan since 15Ma: Links to Tibetan uplift or global cooling? Earth and Planetary Science Letters, 2017, 474, 296–308.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X17303771
